UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE ZMĚNY STEREOTYPU CHŮZE VLIVEM STÁRNUTÍ

Transkript

1 UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE 2. LÉKAŘSKÁ FAKULTA Michaela Vojtová ZMĚNY STEREOTYPU CHŮZE VLIVEM STÁRNUTÍ Diplomová práce Praha 2011

2 Autor práce: Michaela Vojtová Vedoucí práce: As. Mudr. Jan Vacek Oponent práce: Datum obhajoby: 2011

3 Bibliografický záznam VOJTOVÁ, Michaela. Změny stereotypu chůze vlivem stárnutí. Praha: Univerzita Karlova, 2. Lékařská fakulta, Klinika rehabilitace, s. Vedoucí diplomové práce As. Mudr. Jan Vacek Abstrakt: Cílem této práce je kvantifikace a porovnání rozdílů hybnosti nohy v dynamice oproti statice v dospělosti a ve stáří se zaměřením na midstance fázi. Vedlejším cílem je nástin vztahu hybnosti s rozložením tlaků na plosce. Při měření byly využity dvě měřící metody, a to kinematická analýza (systém Qualysis) jako metoda hlavní a systém tlakoměrných vložek do bot (Pedar X) jako metoda doplňková. U naměřených vzdáleností 1 MP calcaneus, 5MP calcaneus a u změn pronačního úhlu calcaneu byla odlišnost dokazována statistickým výpočtem, který u poloviny hypotéz potvrdil jasnou signifikantní odchylkou. Následně byly změny ještě více upřesněny pomocí výsledků rozložení maximální síly a doby kontaktu plosek. Abstract: The aim of this study quantify and compare the differences in the dynamics of foot movement compared with static in adulthood and old age, focusing on the midstance phase. A secondary objective is to outline the relationship with the angular distribution of pressure on the sole. For measurements two measuring methods were used. The kinematic analysis named Qualysis was used as a main method and system of plantar pressure insoles Pedar X as a complementary method. The difference in measured distance of 1-MP calcaneus, 5MP - calcaneus and pronate angle of calcaneus was prooved using the statistical calculation, which confirmed the hypothesis of half clear a significant degree. Subsequently, the changes were further specified using the results of the distribution of maximum force and contact time of the soles.

4 Klíčová slova Noha, chůze, kinematická analýza, tlakoměrné vložky, Aging, Keywords Foot, gait, kinematic analysis, plantar pressure, Aging,

5 Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracovala samostatně pod vedením As. Mudr. Jana Vacka, uvedla všechny použité literární a odborné zdroje a dodržovala zásady vědecké etiky. Dále prohlašuji, že stejná práce nebyla použita pro získání jiného či stejného akademického titulu. V Praze dne

6 Poděkování autora Děkuji As. Mudr. Janu Vackovi za vedení práce. Celému kolektivu CASRI a především Mgr. Aleši Tvrzníkovi za pomoc při měření. Lubomíru Štěpánkovi za rady se statistickým zpracováním a Mgr. Kamile Máčikové za odbornou podologickou konzultaci.

7 OBSAH: OBSAH:... 7 SEZNAM ZKRATEK ÚVOD PŘEHLED POZNATKŮ Kineziologie nohy Klouby nohy Kaudální spojení tibie a fibuly Horní zánártní kloub Dolní zánártní kloub Další skloubení na noze Svaly dolní končetiny a nohy Funkce svalů bérce Funkce svalů nohy Klenba nožní Chůze Řízení motoriky a chůze Historie hodnocení chůze Krokový cyklus Heel strike a Foot flat Midstance Heel off Toe off Další parametry chůze... 27

8 1.4.5 Determinanty chůze dle Saunderse Zrychlení chůze Aging- změny pohybového ústrojí Změny chůze Změny chůze související s patologickým zdravotním stavem Změny chůze důsledkem stárnutí CÍLE A HYPOTÉZY Cíle Hypotézy METODIKA Výzkumný vzorek populace Technika užitá k měření Kinematická analýza Systém Qualysis Novel - Systém Pedar X Přístroj a jeho součásti Běžecký trenažér Průběh měření Údaje a anamnéza Kineziologický rozbor Vyznačené body Analýza a zpracování dat Kinematická analýza PedarX VÝSLEDKY Distance 1 MP - calcaneus Tabulka hodnot... 48

9 4.1.2 Popis grafu a výpočet Hypotéza Hypotéza Distance 5.MP - calcaneus Tabulka hodnot Popis grafu a výpočet Hypotéza Hypotéza Pronační úhel Popis grafu a výpočet Hypotéza Hypotéza Pedar X Maximální síla (Maximum force) Kontaktní doba (contact time) ZÁVĚR REFERENČNÍ SEZNAM SEZNAM PŘÍLOH... Chyba! Záložka není definována.72 PŘÍLOHY... Chyba! Záložka není definována.73

10 SEZNAM ZKRATEK Calc. clacaneus EMG - elektromyografie IP Interphalangový kloub KEMG - EMG snímané za pohybu (Kinesiological EMG) Lat. lateralis M. musculus Mm. - musculí Med. medialis MJ - motorická jednotka MP - metatarsophalangový kloub MT - metatartz OGA - Observational Gait Analysis ROM range of movement Sm.odch. směrodatná odchylka VO2max - maximální spotřeba kyslíku

11 ÚVOD S postupným vývojem společnosti se prodlužuje i lidský život. Vzhledem k tomu, že se lidé dožívají vyššího věku, mají možnost více se uplatnit i změny spojené s involucí. Tyto změny postihují všechny tělní systémy a mají vliv na všechny aspekty lidského života. Bipedální lokomoce je jednou ze schopností, která se s postupujícím věkem mění, a to jak v kvalitě tak v kvantitě. Existuje velké množství prací zabývajících se hybností nohy během chůze, ale málo z nich se věnuje změnám souvisejícím s involucí. Přitom znalost těchto změn by umožnila lepší pochopení obtíží pacienta, diagnostiku i zacílení terapie. Protože to, co považujeme za fyziologickou normu u dospělého, už ve stáří normou být nemusí a změny hodnocené jako patologické mohou být pouze přirozeným důsledkem stárnutí. Proto je snahou této práce lepší pochopení změn, ke kterým dochází ve vyšším věku během chůze na noze, která je pro chůzi jedním z klíčových míst. 11

12 1 PŘEHLED POZNATKŮ 1.1 Kineziologie nohy Nohu je možné rozdělit do dvou paprsků, mediálního a laterálního. Do mediálního patří první až třetí phalang, první až třetí metatarzální kost, ossa cuneiformia, os naviculare a talus. Z hlediska stavby je první metatarz masivnější, kratší a nasedají na něj pouze dva phalangy, stejně jako u palce na ruce. Druhý metatarz je nejdelší a jeho baze zapadá mezi ossa cuneiformia mediále a laterále, čímž dochází oproti ostatním metatarzům k limitaci rozsahu pohybu. Do laterálního paprsku pak patří ostatní kosti nohy, což jsou IV a V phalang, jejich metatarzy, os cuboideum a calcaneus. Tuber calcaneí, jakožto nejdorzálnější část nohy, vytváří patu. (Čihák 2001) Kloubním spojením kostí nohy vzniká jeden komplex o 3 stupních volnosti. Tyto 3 stupně lze popsat pomocí 3 os (Obrázek 1) probíhajících nohou. Obrazek 1. Osy určující pohyb nohy (Kapanji 1987) 12

13 Osa X probíhá napříč kotníkem a umožňuje noze provádět pohyby do plantární a dorzální flexe, neboli do flexe a extenze. Osa Y probíhá v podélné ose dolní končetiny. Jedná se o osu vertikální, pomocí které popisujeme pohyby do abdukce a addukce. Poslední osa je horizontální a označuje se jako Z. Probíhá v dlouhé ose nohy a umožňuje nám popisovat pohyby pronačně-supinační. (Kapanji 1987) Dále v noze popisujeme pohyby složené, kterými jsou pohyby do inverze (plantární flexe, addukce, supinace) a everze (dorzální flexe, abdukce, pronace). Posledním pohybem sdružujícím všechny předešlé je cirkumdukce, respektive krouživý pohyb v kotníku. Tato hybnost umožňuje noze zaujímat různé polohy v prostoru a při chůzi a stoji se přizpůsobit terénu Klouby nohy V následujících kapitolách budou připomenuty některé důležité struktury na noze vázané na stoj a chůzi Kaudální spojení tibie a fibuly Jedná se o syndesmozu zesílenou ligamenty. Při flexi a extenzi nohy v tomto kloubu dochází k lehkým pohybu fibuly. Během flexe se laterální a mediální kotník od sebe oddalují, fibula je tlačena kraniálně, dorzálně a současně rotována mediálně. Tibiofibulární ligamenta a membrána interossea se napínají a dostávají se do horizontálního postavení. Při extenzi probíhají děje opačné. Malleoli se přibližují, fibula klesá ventrálně a rotuje na opačnou stranu. Pohyby se pak dále přenáší na horní tibiofibulární kloub. Tento mechanismus umožňuje jamce talocrurálního kloubu přizpůsobit se rozměrům trochlei tali během flexe a extenze Horní zánártní kloub Talocrurální kloub je místem, kde se vertikální síly tvořené především váhou těla přenášejí na plosku (Perry 1992). Jedná se o kloub složený, protože se zde stýká tibie, fibula a talus. Jamka je tvořena syndesmosou tibia fibuly, do kterých zapadá trochlea tali. Ventrálně je trochlea širší, směrem dorzálním se zužuje a tento přibližně 5 mm rozdíl má velký vliv na stabilitu kotníku při jeho pohybech v zatížení. Membrána interossea mezi tibií a fibulou umožňuje jamce se dle potřeby trochlei 13

14 rozšířit. Vzhledem ke stavbě kloubu je noha stabilnější v dorzální flexi, kdy širší část trochlei zapadá do vidlice. Při plantární flexi je naopak kloub volnější, méně stabilní. (Biomech.ftvs.cuni.cz [online]. c2010) Dolní zánártní kloub Přes talocrurální kloub je váha těla dále přenesena na dolní zánártní, a to na jeho obě části, articulatio subtalaris a articulatio talocalcaneonavicularis. Articulatio subtalaris je válcový kloub, který vzniká spojením facies posterior tali a facies superior calcaneu. Aby kloub odolal velké dynamické zátěži chůze a běhu je vybaven krátkými a silnými ligamenty. Při vnitřní rotaci tibie dochází vlivem pohybu v subtalárním kloubu k pronaci kosti patní a opačně. Articulatio talocalcaneonavicularis vzniká spojením drobných ploch na facies inferior talu, facies anterior calcaneu a facies posterior os naviculare. Jedná se o kloub kulovitý, jehož hlavu tvoří caput tali. Kloubní plochy jsou v největším kontaktu ve střední pozici. Tato pozice odpovídá stoji s oběma dolními končetinami zatíženými rovnoměrně. Všechny ostatní pozice potom mají různé stupně incongruence kloubu Další skloubení na noze Articulatio Choparti vzniká spojením linií articulatio talonaviculare a articulatio calcaneocuboidea. Někdy se tento kloub také nazývá midtarzální kloub či transverzální tarzální. Articulatio cuneonavicularis spojuje 3 ossa cuneiformia a os naviculace. Za součást tohoto kloubu je považováno i spojení cuneocuboideální. Při chůzi přispívá v absorbci nárazu přednoží o podložku. Articulatio Listfanci je tvořen linií tarsometatarzálních a intermetatarzálních kloubů, přičemž spojení prvního až třetího metatarzu jsou pevná, čtvrtý a pátý jsou pohyblivější. Metatarzophalangové klouby (MP) jsou tvořeny jamkami kloubů z phalangů, do kterých zapadá caput osis metatarsi. Poslední jsou interphalangové klouby (IP), které máme jak již bylo zmíněno, na každém prstci mimo palce dva. Všechny uvedené klouby jsou zpevněné množstvím ligament, která zajišťují stabilitu kloubu a omezují nežádoucí pohyby. 1.2 Svaly dolní končetiny a nohy Sval je orgán, resp. jedna z hlavních tkání lidského těla, která je schopná kontrakce (Vokurka, Hugo 2006). Jednotlivé svaly a svalové skupiny mají několik 14

15 funkcí. Koncentrický tah svalu dává přímou dynamickou aktivitu segmentu. Stabilizační funkce zpevní konkrétní úsek a tím umožní pohyb jiného svalu či skupiny. Funkcí excentrické brzdné aktivity je mimo jiné také kontrola pohybu antagonisty. Koncentrická aktivita svalů je nejčastěji popisována tak, že se sval kontrahuje směrem k proximálnímu úponu a pohybuje tak segmentem distálním. Tento stah odpovídá pohybu v otevřeném kinematickém řetězci. V případě řetězce uzavřeného je však tah svalu opačný. Distální segment tvoří punctum fixum a v pohybu je segment proximální. Proto popisujeme-li například funkci m. tibialis anterior při chůzi, lze říci, že zvedá nohu do dorzální flexe ve švihové fázi, nebo že tahem za tibii přenáší váhu těla na stojnou dolní končetinu ve stojné fázi (podrobněji dále) Funkce svalů bérce Svaly bérce tvoří tři skupiny: ventrální, laterální a dorzální. Jedná se o dlouhé svaly běžící z tibie nebo až z femuru (m. gastrocnemius, m.plantaris a m. popliteus) na nohu. Funkcí ventrální skupiny svalů je dorzální flexe hlezna a pro ty s úponem na prstcích i dorzální flexe prstců. Musculus tibialis anterior také nohu supinuje. Laterální skupina svalů (mm.peroneí) nohu pronuje a pomáhá plantární flexi a abdukci. Dorzální skupiny svalů plní funkci především plantárních flexorů, ty s úponem na femur i pomocnou flexi kolene. Svaly s úponem na prstce spolu s krátkými flexory planty provádějí jejich plantární flexi. Na inverzi se podílejí m. extensor hallucis longus, m. tibialis anterior, m. tibialis posterior, m. flexor digitorum longus, m. flexor hallucis longus a do určité míry i m. triceps surae. Na everzi naopak peroneus longus, peroneus brevis a laterální část m. extensor digitorum longus. (Calais-Germain 2007) Funkce svalů nohy Mezi extenzory na dorzu nohy patří musculus extensor hallucis brevis a musculus extensor digitorum brevis. Krátké svaly planty se dělí do čtyř skupin: na svaly palce, svaly malíku, střední skupiny a mm. interossei. Palec má svůj flexor hallucis brevis, abductor a adductor, který má dvě hlavy. Caput transverzum začíná od metatarzofalangových kloubů II-V prstce a caput obliquum, které začíná od plantární plochy distálních kostí tarsu. Obě se pak upínají na laterální plochu kosti. 15

16 Pátý prst má také svůj krátký flexor, abductor a musculus opponens. Do svalů střední skupiny patří krátký flexor, musculi lumbricales, jejiž funkcí je flexe MP za současné extenze IP kloubů, a musculus quadratus plantae, což je sval vyrovnávající tah dlouhých flexorů a podílející se na flexi. Poslední skupinou jsou dorzální a plantární interoseální svaly, které prsty roztahují a svírají. 1.3 Klenba nožní Klenba nožní chrání měkké části chodidla a podmiňuje pružnost nohy (Kolář 2009). Integrita klenby závisí na strukturálním a funkčním stavu kostí, kloubů, ligament a svalů a jejich správném vytvoření během ontogenetického vývoje. Noha je při bipedální lokomoci naším jediným kontaktem s podložkou. Případné změny, ať už strukturální či funkční, mění aferentaci do CNS, ovlivňují postavení v segmentech a mohou časem způsobit i nevratné změny. Klenba nohy se skládá ze 3 oblouků (obrázek 2) Místa kde se setkávají jsou zároveň významnými místy opory dolní končetiny. Jedná se o Calcaneus, I. metatarz a V. metatarz. Vytvoříme-li spojnice mezi těmito body, dostaneme klenbu příčnou a podélnou, kterou pak lze rozdělit na mediální a laterální. Existují sice práce, které tripodní model různým způsobem modifikují, ale v této práci bude využito tohoto klasického modelu vycházejícího z dělení dle Kapanjiho. Obrázek 2. Klenba nohy (Clais-Germain 2007) 16

17 Příčnou klenbu můžeme najít prakticky na celém chodidle. Její přední část běží od prvního metatarzu přes hlavy ostatních až k pátému. Vrcholem je hlava druhého metatarzu. Podporu této klenby tvoří intermetatarzální ligamenta a transversální hlava adductoru hallucis. Další úsek příčné klenby tvoří klenutí ossa cuneiformia, kde je vrcholem os cuneuiforme intermediale. Tato část klenby je svalově držena pomocí m. tibialis anterior a m. peroneus longus. Poslední úsek příčné klenby se nachází na úrovni os naviculare a cuboideum a je držen především pomocí musculus tibialis posterior. (Kapanji 1987) Klenba podélná se skládá z mediálního a laterálního klenutí. Mediální oblouk začíná na hlavici prvního metatarzu, dále běží přes os cuneiforme mediale, os naviculare, talus a končí na calcaneu. Ze všech ligament udržujících jednotlivé části mediální klenby pohromadě považuje Kapanji za nejvýznamnější ligamentum calcaneonaviculare, talocalcaneare a nezanedbatelný vliv má i plantární aponeuroza. Oblast talu a os naviculare je nejvyšším místem podélné klenby, proto jsou zde na pevnost pasivních struktur kladeny velké nároky. Funkci aktivních stabilizátorů plní několik svalů. Musculus tibialis posterior tlačí os naviculare posteriorně a inferiorně pod hlavu talu. Vzhledem ke svému umístění patří mezi významné stabilizátory flexor hallucis longus spolu s flexor digitorum longus. Obdobně jako na příčné klenbě i zde se uplatňuje musculus peroneus longus a svojí významnou roli v držení mediální klenby má i m. abductor hallucis (Kapanji 1987). Laterální oblouk klenby se rozpíná mezi pátým metatarzem přes os cuboideum na calcaneus. Dle Kapanjiho je jeho výška přibližně 3-5 mm. Příčná klenba pod hlavičkami metatarzů a podélná laterální klenba jsou velmi nízko nad podložkou. Vzhledem k tomu, že celá kostra končetiny je obalena různě silnou vrstvou měkkých tkání, dostávají se tyto úseky do kontaktu s podložkou. Proto se při hodnocení jejich propadu zjišťuje tlak, jakým působí na podložku, případně změny vzájemné vzdálenosti určitých referenčních bodů na noze. Pro tento účel jsou vhodná zařízení hodnotící klenbu ve statické zátěži (podoskop, či sejmutí plantogramu) nebo dle potřeby i v zátěži dynamické (měřící zařízení typu Pedar X). Svaly nohy lze také rozdělit z pohledu jejich pozitivního či negativního vlivu na klenbu na svaly klenbu podporující a redukující. Svaly zvětšující mediální klenbu byly zmíněny již dříve. Musculus triceps surae a m. tibialis anterior jsou svaly mediální 17

18 klenbu redukující. Tento názor se opírá o místo úponu musculus tibialis anterior. Ten se upíná mimo vrchol klenby na bazi I. metatarzu, tudíž není-li dostatečná aktivita okolních svalů, spíše klenbu podtrhává. Mezi svaly zvyšující laterální oblouk vzhledem ke svému průběhu a inzerci se řadí m. peroneus longus, m. peroneus brevis a abductor digiti minimi. Naopak za svaly tento oblouk redukující jsou považovány m. extensor digitorum longus a m. triceps surae. (Vařeka, Vařeková 2009) Práce zabývající se studiem nohy přiřazují aktivitě svalů klenby různě velký význam, stejně tak se různí i v názoru na význam a míru aktivity jednotlivých svalů při udržování integrity klenby nožní. Obecně lze říci, že pro správnou funkci klenby je nezbytná vyvážená aktivita svalů, které se na její tvorbě a podpoře podílejí. Pokud jde o rozložení hmotnosti ve stoji, spočívá ve větší míře (60%) na zadní části nohy, zbylých 40% připadá na přednoží. (Biomech.ftvs.cuni.cz [online]. c2010) 1.4 Chůze Chůze je nejběžnějším typem lokomoce čili aktivního přesunu z místa na místo. Jedná se o základní lokomoční stereotyp vybudovaný v ontogenezi na fylogeneticky fixovaných principech charakteristických pro každého jedince (Kolář 2009). Probíhá jako rytmický translatorní pohyb těla kyvadlového charakteru, začíná v určité poloze, prochází obloukem přes nulové postavení do jedné krajní polohy a pokračuje do druhé krajní polohy, nikoli zpět jako kyvadlo, ale dále dopředu, protože se jeho upevnění mezitím posunulo a tím se celý systém rytmicky posunuje vpřed. (Véle, 2006) Jak již bylo uvedeno, každý člověk má nejen zcela individuální charakter, ale i rytmus chůze. Unikátnost tohoto pohybu je tak velká, že je možné ho použít i k identifikaci jedince obdobně jako otisky prstů. Podrobnější informace o biometrických systémech využívajících se k identifikaci chůze je možné najít v práci Cattina (2002). Aby k lokomočním pohybům mohlo dojít, je nezbytná dostatečná posturální stabilizace a adekvátní posturální reaktibilita. Účelem posturální reaktibility je zpevnění jednotlivých pohybových segmentů (kloubů), aby bylo získáno co nejstabilnější punctum fixum a aby kloubní segmenty odolávaly účinkům zevních sil. 18

19 (Kolář 2009). Svalová aktivita při chůzi je tedy generovaná nejen ve svalech provádějících fazický pohyb, ale i ve svalech provádějících úponovou stabilizaci těchto svalů. Stejně jako před započetím chůze jsou i v jejím průběhu aktivní svaly posturální. Proto svalovou aktivitu v průběhu chůze zaznamenáváme ve všech etážích těla. K základním pohybů patrným při chůzi jsou pohyby na dolních končetinách. K pohybům v dalších segmentech popisovaných kaudo-kraniálně patří: menší, několikastupňové pohyby patří pohyb pánve ve smyslu rotace, laterolaterálních pohybů, flekčně-extenčních pohybu a kraniokaudálních. Pro zjednodušení lze říci, že těžiště pánve opisuje imaginární ležící osmičku. Torzními pohyby páteře se pohyb přenáší vzhůru na ramenní klouby. Horní polovina trupu včetně ramenního pletence provádí v porovnání s dolní polovinou trupu a pánví kontrarotaci, jejíž vrchol je v Th7. Kontralaterálně pohyb dolních končetin doprovází pohyby končetin horních. Drobné pohyby v souvislosti s chůzí lze zaznamenat i na krku a hlavě Řízení motoriky a chůze Na řízení motoriky se podílejí prakticky všechny oddíly centrálního nervového systému, počínaje mozkem a konče páteřní míchou. Základ motoriky tvoří svalový tonus, na který pak nasedá posturální a pohybová komponenta. Posturální komponenta udržuje polohu těla při pohybu. Na jejím řízení se podílí retikulární formace, vestibulární aparát a mozeček. Komponentu motorickou tvoří cílené pohyby, které jsou řízeny z mozkové kůry, bazálních ganglií a mozečku. Na schématu (Obrázek 3) je řízení motoriky názorně rozdělené hierarchicky do pěti etáží. (Trojan 2005; Králíček 2004). Lokomoce je určitý vzor, jehož pohyby jsou řízeny činností centrálního nervového systému podle programů druhově specifických jež jsou děděny a rámcově uloženy v CNS (Véle 2006). Mozková kůra dává impuls ke spuštění lokomočního stereotypu, ale samotným generátorem jsou bazální ganglia. Přes aferentní vstupy z exteroceptorů, proprioceptorů a nociceptorů zpětnovazebně modulována. 19 dolních končetin je pak chůze

20 Obrázek 3. Schéma řízení motoriky (Trojan 2005) Historie hodnocení chůze Prvními, kdo se zabývali popisem chůze, a to už v období renesance, byli Leonardo da Vinci, Newton, Galileo Galilei a následně jeho žák Giovanni Alfonso Borelli v díle s názvem De motu animalum vol 1 a 2 (1680). První detailní popisy celého krokového cyklu pak můžeme najít v dílech bratří Weberů z roku V následujících letech se znalosti postupně prohlubovaly a rozšiřovaly a děje se tak až do současné doby. Podrobnější historii a vývoj analýzy chůze lze najít ve 20

21 třech souhrnných článcích od Sutherlanda z roku 2001,2002,2005. (Whittle 2007; Shuterland 2001,2002) Nezbytnou součástí studie chůze je znalost zapojování svalů v jednotlivých fázích kroku. Tím se jako první zabýval Scherb už v roce Jeho měření byla zatížena množstvím chyb, především proto, že probíhala převážně palpačně. Následně začal využíval i elektromyografické (EMG) elektrody, jejichž umístění vzhledem k dnešním poznatkům nebylo vhodné. Přesto mu ale nelze upřít zásadní význam pro studium chůze. V roce 1981 (a následně ve druhé edici v roce 1994) byla vydána kniha Inmanna s názvem Human Walking. Toto dílo je dodnes široce uznávané a považuje se za základní kámen při studiu chůze. Je třeba říci, že mezi žáky Inmanna patří mnoho známých jmen, například: J. V. Basmajian, Jacquelin Perry, D. Sutherland nebo J.R. Close. (Sutherland 2001,2002; BLANC; DIMANICO 2010) Krokový cyklus Krokový cyklus je definovaný jako interval mezi dvěma po sobě následujícími momenty jedné z opakujících se fází chůze (Whittle 2007). Jedná se o největší jednotku užívanou k popisu chůze, která začíná iniciálním kontaktem, nejčastěji paty s podložkou, a končí ve chvíli, kdy se stejná noha opět dotkne patou podložky. Je tedy zřejmé, že při krokovém cyklu popisujeme pohyb pouze jedné z referenčních končetin. Druhá provádí stejné pohyby, ale o polovinu cyklu posunuté. Končetina, která je v kontaktu s podložkou, se pohybuje v uzavřeném kinematickém řetězci. To znamená, že stojná noha tvoří punctum fixum a segment proximální, tedy zbytek těla, je v pohybu. Naopak v průběhu fáze švihové je kinematický řetězec této končetiny otevřený. Punctum fixum je na trupu, pohybuje se končetina jakožto distální segment. V literatuře je možné se setkat s různým dělením chůze. Mezi nejčastěji používané patří dělení dle Vaughana, které se užívá i v rámci OGA (Observational Gait Analysis) (O Sullivan 2009). Dělí chůzi na dvě základní fáze ( Vaughan 1999): o Fázi stojnou (Stance phase) - kdy se noha dotýká podložky 21

22 o Fázi švihovou (Swing phase) kdy noha není v kontaktu s podložkou Chůzi je také možné rozdělit na první fázi dvojí opory, jednooporovou fázi a druhou fázi dvojí opory. Stojná fáze (Obrázek 4) zaujímá přibližně 60% krokového cyklu a fáze švihová okolo 40%, z toho fáze dvojí opory tvoří přibližně 12% cyklu. Chceme-li procentuálně rozdělit pouze fázi stojnou, lze říci, že 60% z ní tvoří fáze jednooporová a přibližně 20% má každá fáze dvojí opory. (Whittle 2007; Perry 1992; O Sullivan 2009) Obrázek 4. Stojná a švihová fáze kroku (Whittle 2007) Celý krokový cyklus lze podrobněji rozdělit, nejčastěji do osmi fází. Dle Vaughana se jedná o následující: Stojná fáze (Stance Phase): 1. Heel strike (HS) - neboli došlap či kontakt paty 2. Foot-flat (FF) - ploska je plně položená na zemi 3. Midstance (MS) - střední stojná fáze či střední opora 22

23 4. Heel-off (HO) - odlepení paty od podložky 5. Toe-off (TO) odlepení prstů od podložky, zvednutí špičky Švihová fáze (Swing Phase): 6. Acceleration - zrychlení, počáteční fáze švihu 7. Midswing - střední švihová fáze 8. Deceleration zpomalení, konečná fáze švihu Pro úplnost je třeba uvést i dělení chůze dle Jacquelin Perry (1992), které lze narozdíl od předchozího s výhodou využívat při hodnocení chůze u různých typů onemocnění a deformit. 1. Initial contact (0%) - první kontakt s podložkou 2. Loading response (0-10%) - reakce na zatížení, neboli období postupného zatěžování 3. Midstance (10-30%) Střední stojná fáze 4. Terminal stance (30-50%) konečná stojná fáze, období aktivního odrazu 5. Preswing (50-60%) předšvihová fáze 6. Initial Swing (60-70%) počáteční švihová fáze 7. Midswing (70-80%) střední švihová fáze 8. Terminal swing (85-100%) konečná švihová fáze Na obrázku 5 je potom možné jednotlivé fáze chůze pravé končetiny vidět přehledně na krokovém cyklu osmiletého chlapce. 23

24 Obrázek č. 5 - Fáze krokového cyklu (Vaughan 1999) Tato práce se zabývá fyziologickou chůzí zdravých jedinců a hodnotí hybnost končetiny v průběhu stojné fázi. V následujících kapitolách se budeme držet rozdělení stojné fáze dle Vaughana, které se v tomto případě jeví jako vhodnější Heel strike a Foot flat Jedná se o počáteční fázi kroku a též o začátek fáze stojné. Iniciální kontakt je veden přes patu, přesněji přes zaoblený posterolaterální okraj tuberositas calcaneí. Noha jako celek je těsně před došlapem v lehké inverzi. V kyčelním kloubu je flexe (20-35 ), ze které se těsně před dopadem paty a v průběhu následujících fází až do toe off postupně extenduje. Koleno je odemknuté v několikastupňové flexi (cca 3-5 ). Toto postavení umožní flexorům absorbovat velkou část nárazu. Kotník je v neutrálním postavení, tedy okolo 90, v metatarsophalangovém kloubu je přibližně 25 dorzální flexe. Pánev rotuje směrem k nákročné dolní končetině, tím dochází během přenosu váhy k lehké vnitřní rotaci femuru, která způsobuje i vnitřní rotaci bérce. Od okamžiku heel strike dochází k 0-15 pasivní plantární flexi. Subtalární kloub ze supinovaného postavení pronuje, stejně tak calcaneus. Přednoží pak pronuje méně. Některé práce pohyb v přednoží označují jako relativní supinaci v porovnání 24

25 se zadní částí nohy. Talus addukuje a jak již bylo zmíněno, tibie rotuje dovnitř. Svaly přední skupiny bérce táhnou tibii vpřed a spolu s laterální skupinou svalů bérce kontrolují míru a rychlost plantární flexe a brání přepadnutí ( plácnutí ) špičky. Aktivita svalů dolní končetiny v jednotlivých fázích cyklu je naměřená pomocí KEMG (kinesiological EMG) a rozebrána (Příloha 1) v příloze. Obdobné zpracování pouze s drobnými odlišnostmi v aktivitě a timingu m. iliopsoas, sartorius a tensor fascia lata publikuje i Sutherland (2001). Za nedostatek tabulky může být považována absence krátkých svalů planty, jejichž aktivita je značně závislá na typu terénu. Při chůzi naboso jsou aktivnější, stejně tak i v členitějším terénu, plní uchopovací funkci. Naopak při chůzi v pevných botách je jejich aktivita výrazně menší. Základní přehled aktivity jednotlivých svalů v jednotlivých částech stojné fáze -obrázek 6. Obrázek.6. Svalová aktivita hlavních svalových skupin při chůzi (Vaughan 1999) Během foot flat se chodidlo referenční končetiny dostává do plného kontaktu s podložkou. Tato fáze zaujímá přibližně 20% celé stojné fáze. V jejím průběhu až do fáze následující klesá 15 plantární flexe v hlezenním kloubu postupně do 25

26 neutrálního postavení, stejně tak i dorziflexe MP kloubů. Kyčelní kloub přechází z mírné flexe do neutrálního postavení, koleno rychle lehce flektuje díky excentrické kontrakci quadricepsu femoris. Abductorová skupina svalů kyčle, která se aktivuje na konci švihové fáze, je v této fázi nejaktivnější. Především se jedná o gluteus medius a přední snopce gluteu maximu. Výrazné zapojení trvá celou polovinu stojné fáze, kdy kulminuje aktivita tensor fascia lata a gluteu minimu a pak postupně vymizí Midstance Střední stojná fáze zaujímá přibližně 60% celé stojné fáze a v jejím průběhu dochází k přemísťování těžiště kolem osy hlezenního kloubu. Váha těla je nesena přímo nad stojnou končetinou. Druhá končetina se dostává do střední švihové fáze. V průběhu midstance až k heel off dochází fyziologicky k dorziflexi v talocrurálním kloubu. Noha jako celek jde s postupným zatěžováním do pronace, kterou brzdí m. tibialis posterior. Musculus soleus a následně i musculus gastrocnemius svou aktivitou stabilizují tibii a tím vytvoří kolenu takové podmínky, které umožňují jeho pohyb do extenze. Zároveň excentricky kontrolují pohyb do dorzální flexe hlezna. Kyčelní kloub přechází do neutrálního postavení a začíná se extendovat. Bérec rotuje zevně a talus abdukuje. V subtalárním kloubu je krátce po začátku této fáze dosaženo maximální everze. Přesun váhy z paty na přednoží jde nejdříve směrem k V. metatarzu. Následně začíná dorzární flexe v I. MP kloubu, tím se uplatní kladkový mechanismus plantární aponeurozy, jejíž mediální část je více napjatá a způsobuje tak supinaci (Vařeka 2009). Oproti zadní části nohy pak přednoží relativně pronuje, čímž dochází k celkovému zpevnění a následnému postupnému přenosu váhy více na mediální stranu, které pokračuje i ve fázi následující Heel off Jedná se o začátek odrazu, kdy pata referenční končetiny postupně ztrácí kontakt s podložkou a dochází k odvíjení plosky až po toe off. Tato fáze zaujímá přibližně 20% stojné fáze. Druhostranná končetina se dostává do fáze heel strike a začíná se zatěžovat. Během této fáze až do fáze následující se postupně 15 26

27 dorziflexe mění až na 20 plantární flexi, a to díky změně aktivity tricepsu z excentrické na koncentrickou. V metatarzophalanealních kloubech dochází k přibližně k 20 dorzální flexi a tím i k dalšímu napínání plantární aponeurosy. Noha jako celek supinuje, přičemž zánoží supinuje rychleji, což lze opět nazvat relativní pronací přednoží. Masivní aktivita svalů dorzální a laterální skupiny bérce umožní odraz a postupné přesouvání váhy na druhou končetinu. Pokračuje extenze v kyčelním kloubu a svého vrcholu dosahuje ve chvíli iniciálního kontaktu druhostranné končetiny, poté opět začíná flexe. Musculus. quadriceps femoris svou excentrickou kontrakcí řídí flexi kolenního kloubu, která začíná opět poté, co se koleno během konce střední stojné fáze extendovalo až na 3 flexi. K větší extenzi již během krokového cyklu nedochází Toe off Na konci stojné fáze končetiny dochází k odlepení palce, čímž začíná její švihová fáze. V hlezenním kloubu dochází přibližně až k plantární flexi a v MP kloubech je až 55 stupňová dorzální flexe. Při odlepení palce a pak v následující švihové fázi dochází aktivitou m. tibialis anterior opět k pohybu do dorzální flexe. V kyčelním i kolenním kloubu v průběhu fáze toe off pokračuje flexe, která v případě kolene dosahuje k Další parametry chůze Je mnoho dalších časoprostorových parametrů, kterými lze chůzi popisovat. Patří sem délka dvojkroku (stride lenght), nebo je spíše možné ji popisovat jako vzdálenost mezi heel strike referenční končetiny v rámci jednoho krokovému cyklu. Využívá se i termín step length, jedná se o jeden krok, tedy vzdálenost mezi heel strike referenční končetiny a heel strike končetiny druhostranné. Dále se při popisech chůze setkáváme s popisem šíře opěrné baze (walking base či base of support), tedy vzdálenosti mezi ploskami nohou ve frontální rovině (Obrázek 7) a úhlem odklonu nohy od směru chůze (toe out). 27

28 Obrázek 7. Časoprostorové parametry chůze (Whittle 2007) Kadence je počet kroků (step lengt) za určitou časovou jednotku, nejčastěji za minutu. Hodnoty kadence jsou rozdílné u obou pohlaví a také závislé na věku (Příloha 2) Determinanty chůze dle Saunderse Účelem determinantů je snížení výchylek center of gravity (COG). COG je místem projekce těžnice do opěrné baze. Tato těžnice vychází z Center of mass (COM) neboli z těžiště těla, které se nachází v oblasti malé pánve. (Pochylá 2010) Těmito determinanty jsou (Gross, Fetto; Rosen 2005; Kuo, Donelan 2010): Anteverze pánve na švihové straně přibližně o 5 Rotace pánve na švihové straně přibližně o 8 Flexe kolene na začátku stojné fáze Plantární flexe na začátku stojné fáze okolo 15 Plantární flexe na konci stojné fáze okolo 20 Zúžení opěrné baze které reguluje výchylky laterální, narozdíl od předchozích pěti, které regulují především výchylky vertikální. 28

29 1.4.6 Zrychlení chůze Chůze provedená tempem, které je pro daného jedince nejpřirozenější, vykazuje jinou svalovou aktivitu než v případě chůze rychlejší. Hlavní rozdíl je v aktivitě flexorů kyčelního a hlezenního kloubu, respektive v jejich větším výkonu. 1.5 Aging- změny pohybového ústrojí Stáří je definováno dle kalendářního věku člověka, do tohoto období člověk vstupuje mezi roku. S postupným vývojem společnosti se ale tato hranice pohybuje, a proto lze předpokládat, že ani ta momentální není ještě zcela fixní. Stáří lze rozdělit do několik částí, kterým odpovídá i míra projevu fyziologických změn spojených s involucí. Posuzujeme-li věk jednotlivce, je třeba brát v potaz jeho biologický věk, kterým označujeme míru involučních změn konkrétního člověka. Dělení stáří dle Neugartenové je následující (Mrázová 2007): o Mladší senioři let o Starší senioři let o Velmi staří senioři 85 let Ke změnám spojeným s věkem dochází v celém organismu. V pohybovém ústrojí s rostoucím věkem postupně klesá objem svalstva i jeho síla a dochází k takzvané sarkopenii. U mužů tyto změny vznikají mezi rokem, u žen až po 60. roku. Mezi rokem dochází ke ztrátě objemu kosterního svalstva, které dohromady činní až 35-40% (Bross, Storer, Bhasin 1999). Ubývají hlavně rychlá bílá svalová vlákna typu II, například v musculus vastus medialis až o 23%. Klesá i schopnost syntetizovat bílkoviny, naopak dochází k nárůstu tělesného tuku a pojivové tkáně ve svalech. Klesají zásoby vápníku v těle a mění se i procentuální zastoupení tekutin. Všechny tyto změny mají vliv nejen na chůzi, ale na mobilitu celkově a s postupem času je jejich důsledkem zvýšení rizika pádů. Příčinou jsou mimo jiné klesající hladiny růstového hormonu a dalších změn hladiny hormonů 29

30 hypotalamohypofyzáním systému, které mají následně vliv na ostatní hladiny hormonu, například na hormony pohlavní (Obrázek 8). Svalové změny typicky souvisí se snižující se hladinou anabolických hormonů. Obrázek 8. Příčiny a důsledky sarkopenie (Doherty 2003) S věkem dále klesá maximální spotřeba kyslíku (VO2max). Této spotřeby lze využít jako indikátoru tělesné zdatnosti. Okolo 60-ti let dosahuje přibližně jen poloviny původních hodnot. S postupujícím věkem klesá rychlost vedení vzruchu periferním nervem. Příčinou je snížené prokrvení doprovázené degenerací myelinové pochvy, zhoršení axonální regenerace a ubývání motoneuronů Důsledkem potom jsou zhoršené neuromusculární vztahy, omezená síla volní aktivace a zhoršení posturálních reflexů. Dochází ke zhoršení čití, a to jak exteroceptivního, tak i proprioceptivního. Reakční doba se okolo let pohybuje přibližně na padesáti procentech a lehce se snižuje i zpracování vjemu přímo na periferii (Verhaeghen, Cerella 2002). Ke změnám dochází i v centrální nervovém systému, kde klesá počet gliových buňek a dochází i k degenerativním změnám vestibulárním aparátu. Zhoršuje se zraková ostrost a 30

31 akomodace, často bývá horší vidění za šera i kvalita zraku a sluchu (Klán, Topinková 2003) Je možné, že lidský život má svou naprogramovanou maximální délku, která je ohraničená schopností buněk se dělit. Cummings (2007) píše o tzv. Hayflickově fenoménu, dle kterého je fibroblast schopen se dělit maximálně 30 a pak involuje. Tuto teorii podporuje i fakt, že během života se v buňkách hromadí odpadní materiál jako je například lipofuscin, který s postupem věku působí jako zátěž a zhoršuje nitrobuněčné pochody Změny chůze Změna stereotypu chůze ve stáří může mít mnoho příčin. V zásadě je však lze rozdělit do dvou skupin. o Změny související s patologickými syndromy či onemocněními běžnějšími ve vyšším věku o Změny, které jsou přímým důsledkem stárnutí Změny chůze související s patologickým zdravotním stavem Až 30% lidí ve stáří má z nejrůznějších příčin obtíže s chůzí, které způsobují pády, hospitalizace či úplnou ztrátou nezávislosti. Z toho 80% je vyššího věku než 85 let. (Callisaya 2009; Jahn, Zwergal, Schneipp 2010) Existuje mnoho onemocnění a syndromů, které se vyskytují po šesté dekádě života. Nejčastěji se jedná o neurodegenerativní onemocnění, cévní onemocnění mozku a míchy a polyneuropatie. Přestože jejich incidence s věkem roste, nelze je považovat za přirozenou součást stáří. (Kaňovský 2004) Dekondice je další příčinou způsobující akcentaci důsledků stárnutí, proto je nutná pravidelná pohybová aktivita, jejíž příznivý efekt byl dokázán Změny chůze důsledkem stárnutí Změny chůze, stejně jako ostatní výše uvedené změny, je obvykle také možné poprvé zaznamenat mezi rokem. V tomto období se běžná chůze zpomaluje o 12-16% za každých deset let, přibližně se tedy jedná o 1-1,5% za rok. Rychlá chůze 31

32 se zpomaluje až o 2% za rok. Jakmile běžná rychlost (myšleno rychlost chůze, kterou se obvykle konkrétní člověk pohybuje) klesne pod 1,0-1,2 m/s, je už chůze značně limitující, protože neumožní přejít včas na světlech křižovatku (Lopopolo 2006). Je mnoho parametrů chůze, které se u mladých a starších liší. Celková délka kroku je menší, naopak doba trvání jednoho krokového cyklu roste a tím klesá kadence (viz tabulka č.2). Většina těchto změn přetrvává i v případě stejné rychlosti chůze skupiny mladší i starší (Kang 2008). Zvětšuje se úhel toe out. Na tyto změny má vliv prodloužení reakční doby, a proto známe-li reakční dobu jedince, můžeme podle ní do jisté míry odhadnout i rychlost jeho chůze a naopak. Četnější jsou i posturální výchylky ve stoji a jejich předpokládaným důsledkem je rozšíření stojné baze při chůzi. Roste variabilita chůze do délky i latero-laterálně. Dále se mění poměr mezi stojnou a švihovou fází ve prospěch stojné. Smyslem je prodloužení fáze dvojí opory a tím zajištění lepší stability. Typickým důsledkem změn svalstva je oslabení m. quadriceps femoris a oslabení plantárních (až o 29%) a dorzálních flexorů. Snižuje se ROM v kloubech až o 20%, především v kyčelním, ale i v kolenním kloubu. Uvádí se i zvýšené rotace a zešikmení pánve jako kompenzace nižší hybnosti kyčelního kloubu (Paroczai 2006). Dochází k omezení plantární flexe ve fázi toe off. Názor na omezení ROM v kotníku se různí. Rozsahy pohybů v kotníku při chůzi jsou sice menší, ale není to dáno nižším ROM (Kyvelidou 2008). Jde o kombinaci již zmíněného svalové oslabení a důsledku omezení ROM v kyčelním a kolenním kloubu. Naopak dle Scotta (2006) je omezený nejen ROM v kotníku, ale i ROM 1 MP kloubu. Během první poloviny švihové fáze se zvyšuje elevace prstů a nohy nad podložku, což je pravděpodobně další mechanismus zvyšující bezpečnost. Naopak ve fázi toe off se pata zvedá méně a během přípravy na heel strike se blíží podložce. Z původně zcela volného postavení horních končetin doprovázejících kontraleterálně pohyby nohou se držení mění do větší flexe v loktech a extenze v ramenních kloubech. Velké množství měření a prací zabývajících se chůzí ve stáří se věnuje především odhalení příznaků, kterými by šlo predikovat riziko zhoršené pohyblivosti či pádů staršího člověka. Pro subjektivní vizuální hodnocení chůze lze například 32

33 využít testovací škály GARS-M (The Modified Gait Abnormality Rating Scale). Jedná se o sedmibodovou škálu, kdy každý bod lze ohodnotit 0-3. Mezi hodnocené parametry patří například ROM v kyčlích nebo míra extenze v ramenou. (Huang, VanSwearingen, Brach 2008) 33

34 2 CÍLE A HYPOTÉZY 2.1 Cíle Cílem této diplomové práce je kvantifikace a porovnání rozdílů hybnosti nohy v dynamice oproti statice v dospělosti a ve stáří se zaměřením na midstance fázi. Vedlejším cílem je zhodnocení vztahu hybnosti s rozložením tlaků na plosce 2.2 Hypotézy o Hypotéza 1 Změny ve vzdálenosti mezi prvním metatarzem a mediální stranou calcaneu jsou v průběhu celého dynamického zatížení oproti statice u skupiny 1 a 2 odlišné. o Hypotéza 2 Vzdálenost mezi prvním metatarzem a mediální stranou calcaneu je v průběhu fáze midstance oproti statice u skupiny 1 a 2 odlišná. o Hypotéza 3 Změny ve vzdálenosti mezi pátým metatarzem a laterálním stranou calcaneu jsou v průběhu celého dynamického zatížení oproti statice u skupiny 1 a 2 odlišné. o Hypotéza 4 Vzdálenost mezi pátým metatarzem a laterální stranou calcaneu je v průběhu fáze midstance oproti statice u skupiny 1 a 2 odlišná. o Hypotéza 5 Pronační úhel calcaneu je v dynamickém zatížení oproti statickému u skupiny 1 a 2 odlišný. o Hypotéza 6 Pronační úhel calcaneu je ve fázi midstance v dynamickém zatížení oproti statickému u skupiny 1 a 2 odlišný 34

35 3 METODIKA 3.1 Výzkumný vzorek populace Vzhledem k tomu, že bylo třeba měření provést na skupině která se svými parametry nejvíce blížící fyziologickému stavu, proběhl nejprve výběr dle následujících kritérií. Osoba (proband) nesměla trpět v oblasti dolních končetin zánětlivým onemocněním, bolestmi, nesměla prodělat úraz ani operaci dolních končetin. Dále nesměla trpět chronickými bolestmi zad a mít artrozu limitující pohyb nebo způsobující bolest. Vzhledem k vysokému věku některých vyšetřovaných nebylo možné zahrnout do studie lidi pouze bez artrózy, protože mnoho z nich udávalo, že jim při náhodném rentgenu byla objevena i když žádné obtíže pohybového aparátu nikdy nepociťovali. Dále byli vyloučeni ti, kteří měli zcela propadlé klenby na nohou, a to jak podélnou tak příčnou, a dále byl-li zjištěn při vyšetření halux valgus na jedné z nohou. Posledním kritériem byla dostatečná kardiovaskulární zdatnost a kondice, která umožnila provést vyšetření chůze požadovanou rychlostí. Naší snahou bylo dosáhnout co nejrovnoměrnějšího zastoupení obou pohlaví ve skupinách. Nakonec bylo do měření zahrnuto celkem 25 probandů, kteří byly dle věku rozděleni do dvou skupin, viz tabulka č. 1. Tabulka 1. Věkové zastoupení skupin věkové rozpětí počet probandů Skupina Skupina Vzhledem k přísným kritériím výběru muselo být z práce vyřazeno velké množství vyšetřených probandů vyššího věku, což je důsledkem nerovnoměrného zastoupení počtu měřených ve skupinách. V průběhu měření byly z kardiovaskulárních příčin vyřazeni ještě dva probandi ze skupiny 2. Průměrný počet 35

36 deseti lidi zastoupených v každé skupině odpovídá nečastěji užívanému počtu při měření kinematickou analýzou (McGinley 2009). 3.2 Technika užitá k měření Kinematická analýza Systém Qualysis Kinematická analýza je neinvazivní metodou sloužící k hodnocení chůze či pohybu a jejich kvantifikaci. Kvantifikací získáváme číselné hodnoty vypovídající o poloze a pohybu segmentů v prostoru a v čase. Systém Qualysis je optoelektronické zařízení pro 3D analýzu pohybu využívající odrazu infračerveného záření od pasivních reflexních markerů umístěných na těle vyšetřovaného. K pořízení 3D záznamu je třeba nejméně 2 infračervených kamer. Se zvyšujícím se počtem kamer roste i přesnost měření. V laboratoři CASRI se k měření využívá 10 statických infračervených kamer o snímkovací frekvenci 240Hz. Kamery jsou rozmístěny v dostatečné vzdálenosti ve tvaru oválu okolo běžeckého pásu (Příloha 3) na kterém měření probíhala. Při rozestavění kamer bylo nezbytné zajistit, aby každý reflexní bod byl v každém fázi chůze vidět minimálně na 2 kamerách. Aby byl přístroj připraven k měření je třeba provést kalibraci prostoru a kamery. Podstatou kalibrace prostoru je určení souřadnic u těch bodů, u kterých známe jejich přesnou vzdálenost (nejčastěji se jedná o tyčové kalibrační zařízení s reflexními body na jejich koncích). Tím vytvoříme měřítko k porovnání reálné a obrazové soustavy souřadnic. Nalezením odchylek v souřadnicích obrazových od reálných potom provádíme kalibraci konkrétní kamery. (Janura, Zahálka 2004; Qualisys-Motion Capture System [online]. c2011) Celé zařízení je umístěno v laboratoři, která musí splňovat řadu požadavků jako je například eliminace vibrací z okolních dopravních komunikací. Tyto požadavky mají minimalizovat možnost, že bude do měření zanesena chyba způsobená vnějšími vlivy. Odraz infračerveného záření, které sejmul kamerový systém, putuje do počítače, kde se zpracuje pomocí specializovaného softwarového programu a umožní získání konkrétních požadovaných dat. 36

37 Využití kinematické analýzy je široké. Může se využívat v rehabilitaci k vyšetření, ke zhodnocení terapie, k objektivizaci úspěchu operační terapie, v neurologii a ve sportovní medicíně. Uplatnění má i mimo zdravotnictví, a to například k vojenským účelů nebo ve filmovém průmyslu Rizika zanesení chyby Díky velkému počtu kamer, jejich vysokému rozlišení a automatickým přístrojovým odečtům poloh reflexních bodů, bylo drtivé množství potenciálních chyb eliminováno. Za chybu se kterou je třeba počítat a nelze ji při tomto typu neinvazivního měření odstranit, lze označit posun měkkých tkání. Při umísťování bodů je palpačně nahmatána anatomická kostní či kloubní struktura na jejíž kožní projekci je umístěn reflexní marker. Při pohybu vlivem aktivity svalstva dochází k posunu mezi kůží, podkožím a kostí, což může mít za následek zkreslení výstupních dat. (Svoboda, Janura 2010) Mezi další rizikové momenty patří palpace bodu či nalepování reflexního bodu Novel - Systém Pedar X Systém Pedar byl vyvinut mezinárodní firmou Novel. Tato firma byla založená v Německu roku 1978 a specializovala se na měření dynamické distribuce tlaku (DPDM- dynamic pressure distribution measurement) a jejich využití, původně především pro lety do vesmíru. Bylo vyvinuto několik systémů pro měření kontaktu různých částí těla s různými nástroji či povrchy. V současné době je spektrum zaměření širší a zahrnuje i biomechaniku a medicínu. Jako součást diagnostiky se uplatňuje například u neuropatií, diabetes mellitus, ale lze ho využít i musculoskeletálních poruch (Orlin 2000). Pedar je systém tlakoměrných vložek do bot, které umožňují měřit zatížení plosky nohy během pohybu. Měřit je možné stoj, chůzi i běh. Výhodou je, že při chůzi a běhu nejsou měření limitována počtem kroků. Dají se proto například měřit i změny tlaků po různé délce aktivity Přístroj a jeho součásti V prvé řadě se jedná o tenzometrické stélky. Každá stélka obsahuje 99 tlakoměrných senzorů. Stélky jsou pomocí kabelů propojeny s měřícím zařízením, 37

38 které se upevní pásem na zádech vyšetřovaného (Příloha 4). Toto zařízení přes Bluetooth posílá naměřené údaje do počítače, kde se pomocí specializovaného programu vyhodnocují. Další možností je uchování dat přímo v měřícím zařízení pro pozdější použití, ale kapacita je zde omezená na 32MB. Počítačový program je schopen: o Vyhodnotit záznam z každého jednotlivého senzoru o Zobrazení ve 2D i 3D o Zobrazit rozložení tlaků plosky o Číselné znázornění o Pomocí animace zobrazit jednotlivé fáze kroku o Selekce oblastí s největším tlakem o Zobrazit izolovaně jeden krok o Analyzovat timing kroku o Porovnat jednotlivé záznamy o Tvořit graf zobrazující jednotlivé fáze kroku a průměr A další Běžecký trenažér Výhodou běžeckého trenažéru oproti chůzi po zemi je možnost měřit plynulou chůzi požadovanou rychlostí bez zastavení po delší časové úseky. Pokud bychom takovou chůzi chtěli měřit bez trenažéru, byly by náklady na potřebná zařízení enormní a klesala by přesnost. Mezi prostou chůzí po zemi a chůzi po běžeckém trenažéru ale existují rozdíly. Mohou se mírně měnit úhly pohybu v kloubech, jednou z příčin je rozdílné proudění vzduchu okolo těla. Omezená délka trenažéru může v probandovi vyvolat tendenci kráčet kratšími kroky než na ploše bez zjevného omezení. Dalším možným faktorem zkreslujícím vyšetření je, že narozdíl od mladších věkových skupin se často ty starší setkávají s běžeckým trenažérem poprvé až v okamžiku vyšetření. To může způsobit značnou nejistotu v chůzi a opět zkreslit výsledek například ve smyslu horší stability či nejistoty chůze. 38

39 Dle Savenberga může u přístrojů s menším výkonem docházet ke kolísání rychlosti chůze. Rychlost může lehce růst v odrazové fázi kroku a naopak se lehce snižovat ve fázi heel strike. Všechna měření v této práci probíhala na běžeckém trenažéru firmy H-P Cosmos s motorem o výkonu 3,3kW (H-p-cosmos running machines [online]. c2009) u kterého je tato chyba velmi nepravděpodobná. 3.3 Průběh měření Délka měření spolu se vstupním kineziologickým rozborem trvala přibližně hodinu Údaje a anamnéza Ke zjištění potřebných informací byl použit orientační dotazník (Příloha 5). Byla snaha docílit co možná největší shody průměrné výšky a v druhé řadě i váhy v jednotlivých skupinách (Tabulka 2). Tabulka 2- Základní údaje Skupiny 1 a 2 Základní údaje Skupina 1 průměr směrodatná odchylka Medián věk výška váha Základné údaje Skupina 2 průměr věk směrodatná odchylka Medián výška váha Jak již bylo výše zmíněno vznikla skupina testovaných již primární selekcí na základě stanovených kriterií. Před samotným vyšetřením byly dotazníkovou formou zjišťovány údaje o pohybových obtížích a trvalé medikaci, především pro zjištění 39

40 momentálního stavu. Nikdo z probandů v době vyšetření netrpěl obtížemi, které by znemožnily jeho zařazení do testované skupiny. Vzhledem k tomu, že změny v chůzi u starších lidí se často dávají do souvislosti s jejich nižší aktivitou, byla snaha zařadit mezi probandy 2. skupiny co nejvíce aktivních lidí. Více jak padesát procent vyšetřovaných v této skupině se minimálně jednou týdně věnuje aktivně pohybové činnosti což odpovídá 1. skupině mladších. Paleta pohybové aktivity obou skupin probandů zahrnuje množství rekreačních aktivit od turistiky a plavání po míčové hry. Tři probandi ve skupině 1 a dva probandi ve skupině 2 měli v anamnéze vrcholový sport, kterému se ale v současné době již nevěnují Kineziologický rozbor Cílem kineziologického rozboru bylo zjištění strukturálních a funkčních odchylek a faktorů nohy, které by mohly mít vliv na měření. Vyšetření bylo zaměřené především na: o Zjištění a odstranění drobných blokád periferních kloubů o Vyšetření zkrácených svalů dolních končetin o Porovnání rozsahu pohybu na dolních končetinách o Vyšetření klenby a zatížení pomocí plantografu Velice důležitým kritériem se ukázala být symetrie obou nohou, a to především proto, že měření pomocí kinematické analýzy probíhalo pouze na pravé dolní končetině Vyznačené body Po předchozí domluvě byly k měření vybrány antropometrické body vhodné pro měření potřebných distancí a využívané standardně v CASRI při měření pomocí kinematické analýzy (Drozdová 2004). Jednalo se následující: o Nejlaterálnější bod prvního MP kloubu o Nejlaterálnější bod pátého MP kloubu 40

41 o Špička palce o Nejmediálnější plocha tuberositas ossis navicularis o V nejširším místě tuber calcanei na facies lateralis o V nejširším místě tuber calcani na facies medialis Aby byla vyloučena chyba bylo palpační vyhledání bodů provedeno jedním zkušeným pracovníkem na bosé noze. Bod byl označen nejprve křížkem na noze vyšetřovaného. Pomocí oboustranně lepící pásky byl následně na střed křížku připevněn marker (Obrázek 9). Markrem je umělohmotná kulička se speciálním reflexní povrchem snadno zaznamenatelným pomocí kamer. Obrázek 9. Reflexní body na noze 41

42 První dvě měření proběhla naboso na běžeckém trenažéru v předem zkalibrovaném prostoru. Nejprve staticky pouze ve stoji, následně dynamicky. Dynamické provedení bylo provedeno chůzí rychlostí 5/km/h. Druhá dvě měření probíhala opět ve stoji i v dynamice, ale s použitím tlakoměrných vložek do bot. Rychlost chůze 5km/h byla zvolena pro zvýraznění změn hybnosti nohy a snížení schopnosti volního ovlivnění chůze. Tato rychlost dle J.Perry zároveň odpovídá stupni svalové aktivity 3 dle svalového testu. Pro měření byl vybrán patnáctisekundový kontinuální záznam chůze danou rychlostí. Pro potřeby pracoviště se u vybraných probandů měřil ještě běh, a to kvůli širšímu zkoumání změn hybnosti nohy. Tato měření ale nejsou součástí této práce. Cílem výběru bot pro měření pomocí stélek bylo především vyloučení limitace pohybu. Bota neměla vyšetřovaného tlačit a při chůzi měl mít komfortní pocit. Pro potřeby zobrazení markerů měla pravá bota vždy v potřebném místě vyříznutý otvor. Pro zajištění bezpečnosti starších probandů bylo použito jistícího mechanismu ve formě lana připevněného popruhy na záda vyšetřovaného. V případě pádu či jiné neočekávané události by dokázalo vyšetřovaného nejen udržet, ale přes pojistku způsobit i okamžité zastavení pásu (Příloha 6). 3.4 Analýza a zpracování dat Kinematická analýza V rámci kinematické analýzy byly nakonec hodnoceny pouze 3 distance mezi jednotlivými reflexními body na noze. Jedná se o následující: 1. Distance: Calcaneus -1. metatarz zde se měřila pouze vzdálenost reflexních bodů vůči sobě a jejich pohyb v sagitální rovině 2. Distance: Calcaneus 5. metatarz - zde se také jednalo pouze o vzájemné vzdálenosti bodů a jejich pohyb v sagitální rovině 42

43 3. Hodnocení pronačního úhlu calcaneu - jedná se o úhel mezi spojnicí laterálního a mediálního markeru na patě a horizontálou (Příloha 7). Hodnotily se změny ve stupních ve frontální rovině. Celá stojná fáze krokového cyklu od heel strike až po toe off byla rozdělena na 100 částí. Jak již bylo uvedeno byl pro měření vybrán 15-ti sekundový záznam. Tento záznam byl vybrán dle následujících kritérií: Rychlost probanda byla konstantní, 5km/h Rytmus chůze byl pravidelný Vybraný 15-ti sekundový úsek byl nepřerušený Naměřený záznam nevykazoval žádné odlehlé hodnoty Z každého patnáctisekundového záznamu chůze jednotlivce bylo vybráno minimálně 10 náhodných hodnot kroku. Nejprve bylo nutné pomocí funkce šikmost a špičatost ověřit normálnost rozložení dat, která se potvrdila. Postupným výpočtem byla získána průměrná hodnota pro jednotlivce a následně i obě skupiny, pro každou ze sta fází kroku. K samotnému porovnání změn při chůzi u první a druhé skupiny bylo využito standu (tedy hodnot získaných ve statickém zatížení ve stoji na obou nohách) a hodnot naměřených v dynamice. Stand byl považován za referenční vzdálenost měřených bodů v zátěži a k této hodnotě byly vztaženy hodnoty dynamické dané skupiny. Pro snazší orientaci a názornost byla výsledná data nejprve zpracována pomocí spojnicových grafů, pro každou skupinu a vyšetřovanou distanci odděleně. Odečtením dynamické hodnoty od hodnoty statické v dané skupině a distanci (St-Dy) byl získán rozdíl hodnot. Tento rozdíl byl následně pomocí tabulkového zpracování porovnán s druhou skupinou probandů, a to v každé fázi kroku. Samotné statistické zpracování těchto rozdílů proběhlo výpočtem pomocí Wilcoxonova dvouvýběrového testu (Mann-Whitneyova U testu) s hladinou významnosti p=0,05 a jeho cílem bylo objektivně prokázat stanovené hypotézy. 43

44 I přes snahu o stejné průměrné hodnoty výšky a váhy v obou skupinách nebylo možné se určité odlišnosti vyvarovat. Protože ve statistickém zpracování pomocí testů hodnotíme vzájemně pouze rozdíly hodnot standu a dynamiky (ne absolutní hodnoty) lze tento rozdíl považovat za zanedbatelný. Přesto je s ním do určité míry třeba počítat při přímé interpretaci grafického a tabulkového zpracování hodnot PedarX Pomocí systému PedarX bylo měřeno zatížení plosek v průběhu chůze. Ploska byla v rámci hodnocení rozdělena celkem do 7 kvadrantů (Obrázek 10): o Palec o Prsty II-IV o Mediální polovina přednoží o Laterální polovina přednoží o Střední část nohy o Mediální polovina paty o Laterální polovina paty 44

45 Obrázek 10. Rozdělení nohy na 7 kvadrantů Z naměřených dynamických hodnot v jednotlivých kvadrantech byly následně vypočteny hodnoty průměrné. Měřena byla: o Maximální síla (Fmax), respektive zrychlení a o Kontaktní doba t Maximální síla je hodnota značně ovlivněná hmotností jednotlivce, proto byla pro větší objektivitu ještě vypočtena hodnota zrychlení a, pomocí vzorce 45