Univerzita Palackého v Olomouci Fakulta tělesné kultury. HODNOCENÍ KINEMATICKÝCH PARAMETRŮ CHŮZE U DĚTÍ RŮZNÉHO VĚKU Diplomová práce (bakalářská)

Univerzita Palackého v Olomouci Fakulta tělesné kultury HODNOCENÍ KINEMATICKÝCH PARAMETRŮ CHŮZE U DĚTÍ RŮZNÉHO VĚKU Diplomová práce (bakalářská) Autor: Michal Němec Studijní obor: Tělesná výchova - Geografie Vedoucí práce: Mgr. Zdeněk Svoboda, Ph.D. Olomouc 2013

Jméno a příjmení autora: Michal Němec Název diplomové práce: Hodnocení kinematických parametrů chůze u dětí různého věku Pracoviště: Katedra přírodních věd v kinantropologii Vedoucí diplomové práce: Mgr. Zdeněk Svoboda, Ph.D. Rok obhajoby diplomové práce: 2013 Abstrakt: Tato bakalářská práce se zabývá zhodnocením kinematických parametrů chůze u dětí různého věku. Analyzoval jsem chůzi u tří dětí ve věku 3, 7 a 11 let. V teoretické části práce jsem se zaměřil na objasnění základních pojmů souvisejících přímo s tématem, popsal jsem nohu z funkčního i anatomického hlediska, krátce se zmínil i o nožní klenbě. Pozornost je kladena i na krokový cyklus a jeho charakteristiky. Praktická část se týká charakteristiky probandů a kamerového zařízení Vicon MX, pomocí kterého jsem sledoval kinematické parametry chůze. V závěru jsou shrnuty výsledky od účastníků měření a jejich porovnání s výsledky z odborné literatury. Klíčová slova: chůze, děti, nožní klenba, krokový cyklus, Vicon MX. Souhlasím s půjčováním bakalářské práce v rámci knihovních služeb.

Author s first name and surname: Michal Němec Title of the master s thesis: Assessing the kinematic parametrs of gait of children at different age Department: Department of Natural Science in Kinanthropology Supervisor: Mgr. Zdeněk Svoboda, Ph.D. Year of presentation: 2013 Abstract: This thesis deals with the evaluation of kinematic parametres of children s gait at different age. I analysed the gait of 3 children at the age of 3, 7 and 11. In the theoretical part, I focused on clarifying the basic terms that are directly linked to the topic. I described the foot from both functional and anatomical point of view. I shortly mentioned the arch of the foot. The attention was also laid upon the gait cycle and its characteristics. The practical part concerns about the characteristics of a camera device Vicon MX and of probands. I could observe the kinematic parametres of gait thanks to Vicon MX. In the conlcusion, the results of participants of the measurement are summarised and compared with the ones in reference books. Keywords: gait, children, arch of the foot, gait cycle, Vicon MX. I agree with lending of my bachelor thesis within the library service.

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně, uvedl všechny použité literární a odborné zdroje a dodržoval zásady vědecké etiky. V Olomouci dne 30. 4. 2013...

Děkuji vedoucímu práce Mgr. Zdeněk Svoboda, Ph.D. za pomoc při zpracování bakalářské práce a za cenné rady, které mi poskytl. V Olomouci dne 30. 4. 2013

OBSAH 1 ÚVOD... 8 2 PŘEHLED POZNATKŮ... 9 2.1 Kineziologie nohy... 9 2.2 Struktura... 9 2.2.1 Klouby nohy... 10 2.2.2 Svaly nohy... 12 2.2.3 Nožní klenba... 14 2.3 Funkce nohy... 16 2.4 Fylogeneze nohy... 17 2.5 Ontogeneze nohy... 18 2.6 Typologie nohy... 19 2.6.1 Antropologické typy nohy... 19 2.6.2 Klasická klinická typologie nohy... 21 2.6.3 Funkční typologie nohy... 24 2.7 Chůze... 26 2.7.1 Krokový cyklus... 26 2.7.2 Ontogeneze lidské lokomoce... 32 2.7.3 Typy chůze podle postavení špiček nohou... 33 2.7.4 Abnormality chůze... 34 3 CÍLE... 36 4 METODIKA... 37 4.1 Charakteristika měřených osob... 37 4.2 3D kinematická analýza chůze... 37 4.2.1 Technické zařízení... 37 4.2.2 Průběh měření... 38 4.2.3 Zpracování dat... 39

5 VÝSLEDKY A DISKUSE... 40 6 ZÁVĚRY... 48 7 SOUHRN... 49 8 SUMMARY... 50 9 REFERENČÍ SEZNAM... 51 10 SEZNAM OBRÁZKŮ... 54

1 ÚVOD Lidská noha má složitou anatomickou strukturu, pomocí níž dochází ke kontaktu těla s terénem, po kterém se pohybujeme. Noha je schopna přizpůsobovat se terénu tím, že tlumí nárazy vůči němu. V důsledku vývoje se stala spíše orgánem rigidním a podpůrným. Má funkční vztahy v rámci celého těla a tvoří předpoklad pro udržení rovnováhy ve stoji, při chůzi a dalších pohybech (Dungl, 2005; Gross, Fetto & Rosen, 2005; Véle, 2006). Nejčastěji používané dělení klasické klinické typologie nohy je na nohu plochou, normální a vysoce klenutou (Vařeka & Vařeková, 2009). Někteří autoři (Dungl, 1989; Riegerová, Přidalová & Ulbrichová, 2006) píší o antropologických typech nohou, které zařazují podle zevního tvaru nohy. Rozlišují nohy Řecké, Egyptské a Kvadratické. V průběhu života u lidské nohy dochází ke změnám. Příčin, které mění tvar a stavbu nohy, je mnoho, například to může být využívání různých dopravních prostředků, dlouhé stání či dlouhodobá chůze po tvrdém povrchu, nevhodná obuv, pracovní nasazení a v neposlední řadě i sportovní činnost. Tyto a další příčiny u jedince způsobují celou řadu zdravotních problémů, projevující se obtížemi a bolestmi při lokomoci (Riegerová, Přidalová & Ulbrichová, 2006). Vzhledem k různorodému životnímu stylu každého člověka je ideální tvar nohy těžko definovatelný. Normální noha má vyvinutou podélnou i příčnou klenbu udržující svůj tvar nejen v klidu, ale i v průběhu zatížení (Dungl, 2005). Véle (2006) ve své publikaci píše, že přesun z místa na místo může být prováděn různými způsoby. Lze se pohybovat a přemisťovat plazením, plížením, lezením, během, bipedální chůzí a dalšími různými způsoby. Nejvyskytovanějším případem lokomoce je chůze. Pro její realizaci je nezbytná stabilita. Stabilizaci zajišťuje svalstvo řízené centrální nervovou soustavou. Ve své bakalářské práci jsem se snažil shrnout poznatky z literatury o lidské noze, chůzi, její abnormality a pomocí 3D kinematické analýzy zkoumat u dětí vliv úhlových parametrů nohy na pohyb v hlezenním, kolenním, kyčelním kloubu a pánve během krokového cyklu. 8

2 PŘEHLED POZNATKŮ 2.1 Kineziologie nohy Noha neboli pes je distální částí dolní končetiny. Díky své funkci při vzpřímeném stoji a chůzi se liší od ruky, i když má základní uspořádání stejné (Dylevský, 2009). Rozdíly můžeme nalézt již u skeletu nohy, např. zkrácení (redukce) prstů, zesílení zánártních kostí a zmenšení pohyblivosti mezi jednotlivými články. Primární funkcí je rovnoměrné rozložení zátěže dolní končetiny při chůzi, tlumení nárazů vůči podložce a vytvoření pevné opěrné plochy (Gross, Fetto & Rosen, 2005). Každý krok začíná noha jako pružná, flexibilní a přizpůsobivá struktura a končí jej jako rigidní páka. Pružnost nohy zajišťuje již tvar jednotlivých kostí, jejich vzájemné spojení vazivovými strukturami a fixace nožních kleneb svalovým aparátem bérce a nohy (Dylevský, 2009). Kostra nohy je rozdělena do tří oddílů: zanártí (tarsus), nárt (metatarsus) a články prstů (phalanges) (Dylevský, 2009). 2.2 Struktura Kostní struktura nohy je komplikovaná stejně jako na ruce. Skládá se z 26 kostí, z toho 7 tarsálních kostí, talus, calcaneus, os naviculare, os cuboideum, ossa cuneiformia (I., II., III.), 5 metatarzů a 14 falang (Obrázek 1) (Véle, 2006). Těchto 26 kostí je uspořádáno do tří základních částí. Zadní část tvoří talus a calcaneus, zaujímá třetinu celé délky nohy. Střední část, která tvoří šestinu délky nohy, se skládá z os naviculare, os cuboideum a ossa cuneiformia (I., II., III.). Pět metatarzů a 14 falangů se sdružují do přední části nohy. Prsty jsou složeny ze tří článků (phalanx proximalis, media et distalis). Palec nemá phalanx media. 9

Obrázek 1. Struktura nohy (upraveno dle Gross, Fetto & Rosen, 2005) 2.2.1 Klouby nohy Mezi kostmi nohy je vytvořeno několik desítek kloubních spojů. I když některá skloubení jsou z funkčního hlediska značně omezena v pohybu, určité pružící efekty jsou pro správnou funkci nohy zachovány (Dylevský, 2009). Kotník Kotník se skládá ze dvou skloubení, horní zánártní kloub (articulatio talocruralis) a dolní zánártní kloub (articulatio subtalaris), nacházejících se nad sebou (Tichý, 2008). Horní zánártní kloub (art. talocruralis) je tvořený hlezenní kostí (talus), vytvářející hlavici kloubu a kostmi bérce (ossa cruris), ke kterým patří holení (tibie) a kost lýtková (fibula), utvářející jamku. Tento kloub je jednoosý a řadí se mezi klouby kladkové (art. trochlearis). Osa pohybu prochází napříč oběma kotníky. Pohyby se dějí kolem této osy ve smyslu: 1. ohnutí, flexe v rozsahu 35 45, 2. natažení, extenze v rozsahu asi 20. Hlezenní kost (talus) tvarem připomíná želvu s tělem, krkem a hlavou. Na těle talu (corpus tali) se nachází dorzálně kladková styčná ploška trochlea tali pro skloubení 10

s kostmi bércovými. Hlavice talu se dotýká kosti loďkovité a zesílené částí kloubního pouzdra mezi patní kostí a kostí loďkovitou (Vařeka & Vařeková, 2009). Dolní zánártní kloub (art. subtalaris), tvoří opět hlezenní kost (talus) a tarzální kosti uležené pod ním. Mezi tyto kosti patří kost patní (calcaneus), ležící pod kostí hlezenní, kost člunkovitá (os naviculare), uložená vpředu od kosti hlezenní a kost krychlová (os cuboideum), nacházející se vedle kosti člunkovité a před kostí patní (Tichý, 2008). Jde o jeden funkční celek. Pohyb se v articulatio subtalaris děje kolem osy, jdoucí od zevní strany zadního okraje patní kosti, šikmo k mediálnímu okraji kosti člunkové. Lze provádět dva typy kombinovaných (složených) pohybů: 1. inverze (supinace) nohy, 2. everze (pronace) nohy. Kost patní (calcaneus) je největší z kostí nohy. Zezadu na hrbolu patní kosti, tuber calcanei, se nachází ploška krytá chrupavkou, do které se distálně upíná tzv. Achillova šlacha (Vařeka & Vařeková, 2009). Kost člunkovitá (os naviculare), její proximální konkávní ploška artikuluje s talem. Tři konkávně konvexní plošky na distální části jsou oddělené pro kosti klínovité (Vařeka & Vařeková, 2009). Kost krychlová (os cuboideum) má distálně dvě boční odkloněné kloubní plošky pro poslední dva metatarsy (Vařeka & Vařeková, 2009). Mezi oběma dvojicemi tarzálních kostí na jedné straně talus a calcaneus a na druhé straně os naviculare a os cuboideum se nachází esovitá kloubní štěrbina, která tvoří Chopartův kloub. Dolní zánártní kloub lze klasifikovat jako kloub jednoosý. Osa prochází přibližně souběžně s dlouhou osou celé nohy (předo zadní směr). Kolem této osy lze provádět dva pohyby: supinaci a pronaci. Celkově kotník lze považovat za kloub dvouosý. Kolem jedné osy se provádějí dorzální a plantární flexe, kolem druhé supinace a pronace (Tichý, 2008) Articulationes tarsometatarsales (zánártní-nártní klouby) je spojení zánártních kostí s kostmi nártními. Zánártní-nártní klouby jsou stabilizovány plantárními, dorzálními a mezikostními vazy s výjimkou I. metatarzu, který má vlastní synoviální dutinu a vlastní pouzdro (Vařeka & Vařeková, 2009). 11

Kosti nártní (ossa metatarsalia), formují střední část kostry nohy. Jde o pět kostí, které se podobně jako metakarpy číslují od jedné do pěti. První metatarz je palcový. Proximální části nártních kostí mají širší báze s téměř rovnou kloubní plochou pro kosti zánártní a s bočními ploškami pro skloubení mezi sebou (Vařeka & Vařeková, 2009). Metatarzofalangeální klouby (articulationes metatarsophalangeae) u dospělého člověka leží cca 2 až 3 cm proximálně od meziprstních řas. Skloubení mezi hlavicemi nártních kostí a proximálních článků prstů. Kloubní jamky jsou mělké a doplněné o fibrocartilagines plantares, zavzaté v ligg. plantaria. Kolaterální vazy zesilují pouzdra. Hlavičky metatarzů jsou spojeny pásem vazů tvořících lig. metatarseum transverzum profundum. Kloub metatarzofalangeální je kloubem dvouosým. Kolem jedné osy lze provádět flexi a extenzi, kolem druhé přitažení a odtažení prstů, tedy addukce a abdukce. (Vařeka & Vařeková, 2009; Tichý, 2008). Mezičlánkové klouby (articulationes interphalangeae pedis) jsou klouby mezi články prstů. Slabá kloubní pouzdra jsou dorzálně srostlá se šlachami extenzorů, na plantární straně se nachází vazivově chrupavčitá destička. Patří mezi klouby kladkovité tedy jednoosé. Proto je v těchto kloubech možná extenze a flexe. Flexe je větší v proximálních než v distálních interfalangeálních kloubech, extenze je omezena (Vařeka & Vařeková, 2009; Tichý, 2008). Články prstů (phalanges digitorum pedis) tvoří skelet prstů nohy. Anatomicky podobně uspořádány jako články prstů ruky. Hlavní rozdíl mezi články ruky a nohy je, že články prstů nohy jsou výrazně menší. Palec má pouze dva články, ostatní prsty jsou tříčlánkové (Vařeka & Vařeková, 2009; Čihák, 2011c). 2.2.2 Svaly nohy Musculi pedis, svaly nohy se nacházejí jak na hřbetu nohy, tak i v plantě. Svaly na hřbetu nohy funkčně řadíme mezi extensory palce a prstů. Tyto svaly jsou inervovány z n. fibularis profundus v kořenovém rozsahu L4. S1. Svaly v plantě vytvářejí skupiny: 1. svaly palce, uložené na mediálním okraji nohy, 2. svaly malíku, při laterálním okraji nohy, 3. svaly střední skupiny, zahrnující m. flexor digitorum brevis, mm. lumbricales a m. quadratus plantae, 12

4. mm. interossei. N. tibialis, n. plantaris medialis a n. plantaris lateralis jsou dvě hlavní větve, které zajišťují inervaci svalů planty. Oba nervy se o svaly planty dělí podobně jako n. medianus a n. ulnaris o svaly dlaně. N. plantaris medialis inervuje obdobné svaly jako n. medianus v dlani, k tomu ještě přibírá na noze m. flexor digitorum brevis i caput laterale musculi flexoris hallucis brevis. N. plantaris lateralis inervuje stejné svaly jako n. ulnaris v dlani a navíc ještě zásobuje m. quadratus plantae (Čihák, 2011c) Svaly na hřbetu nohy Do této skupiny svalů patří: 1. musculus extensor hallucis brevis, krátký extenzor palce, spojující kost patní s palcem, 2. musculus extensor digitorum brevis, krátký natahovač prstů, spojující kost patní s 2.-4. prstcem. Oba štíhlé, ploché svaly jsou uloženy pod šlachami dlouhých extensorů, přicházejí z přední strany bérce. které Svaly v plantě Svaly palce Svaly palce zahrnují tři svaly: 1. m. abductor hallucis jeho funkcí je abdukce palce od ostatních prstců, spojuje kost patní se sezamskou kůstkou palce, 2. m. flexor hallucis brevis, provádí flexi proximálního článku palce, jde od os cuneiforme I k palci, 3. m. adductor hallucis, addukuje palec k druhému prstci, vede od os cuboideum k palci. Abduktor a flexor palce jsou inervovány z n. plantaris medialis. Adduktor palce je inervován z n. plantaris lateralis. 13

Svaly malíku Svaly malíku jsou 2-3 svaly nacházející se na zevním okraji nohy: 1. musculus abductor digiti minimi, odtahovač malíku, začíná na zevním okraji tuber calcanei a na zevním okraji plantární aponeurosy a upíná se na bázi proximálního článku 5. prstu, 2. musculus flexor digiti minimi brevis, krátký ohýbač malíku, začíná od báze 5. metatarsu a od lig. plantare longum, přiložen k předchozímu svalu, na bázi proximálního článku 5. prstu, 3. musculus opponens digiti minimi, addukuje 5. metatars, je oponující sval malíku, nekonstantní sval. Někdy zřetelně oddělen a někdy zcela splývá s krátkým flexorem. Začátek stejný spolu s m. flexor digiti minimi brevis a upíná se k zevnímu okraji 5. metatarsu a metatarsofalangového kloubu. Svaly střední skupiny Do svalů střední skupiny patří: 1. m. flexor digitorum brevis mohutný sval spojující tuber calcanei s 2. 4. prstencem, provádí flexi 2. 4. prstce a ve stoji přitlačuje falangy k zemi, 2. mm. lumbricales pedis I-IV provádějí flexi proximálního článku a extenzi distálního článku 2. 5. prstce. Tato skupina svalů spojuje šlachu m. flexor digitorum longus s dorzální aponeurózou prstců (2. 5. prstce) 3. musculus quadratus plantae, čtyřhranný sval chodidlový, spojuje kost patní se šlachou m. flexor digitorum longus. Provádí flexi 2. 5. prstce a účastní se i na tvorbě podélné klenby nohy (Čihák, 2011c; Véle 2006). Musculi interossei Svaly mezikostní se nacházejí v intermetatarsálních prostorech. Stejně jako na ruce máme tři plantární a čtyři dorsální (Čihák, 2011c) 2.2.3 Nožní klenba Noha na dolní končetině prodělala největší vývojovou změnu. U většiny dnešních primátů je úchop brán za primární funkci nohy. U těchto zvířat představuje noha pohyblivou a taktilně velice citlivou část těla. Teprve u lidí se noha vyvinula tak, aby plnila především funkci lokomoce (chůze). Pružnost chůze i stoje zajišťuje příčná a 14

podélné klenba nohy. Vytvářejí tři pilíře neboli opěrné body, které se opírají o podložku, první pilíř hlavička I. metatarzu, druhý hlavička V. metatarzu a třetí dorzální část calcaneu. Tři opěrné body slouží k tomu, aby těleso bylo stabilnější. Pilíře tvoří dva systémy kleneb příčná a podélná. Umožňují pružný nášlap a ochranu měkké tkáně plosky nohy (Dylevský, 2009; Vařeka & Vařeková, 2009). Podélná klenba (Obrázek 2) je výraznější na vnitřní straně nohy než na zevní straně. Vnitřní tzv. palcový podélný paprsek klenby vytváří hlezenní a člunková kost, první až třetí klínovitá kost a články prvního až třetího prstu. Zevní tzv. malíkový podélný paprsek tvoří patní a krychlová kost, čtvrtá a pátá nártní kost a články 4. 5. prstu. Na jejím udržování se podílejí vazy plantární strany nohy, orientované podélně, svaly jdoucí longitudinálně chodidlem (např. m. tibialis posterior, m. flexor digitorum longus), povrchová aponeurosis plantaris a šlašitý třmen pod chodidlem (Čihák, 2011c; Dylevský, 2009). Příčná klenba nohy (Obrázek 2) je nejzřetelnější v úrovni klínovitých kostí a kosti krychlové. Šlašitý třmen tvořený úponovými šlachami předního holenního svalu a dlouhého lýtkového svalu spolu s napříč probíhajícím systémem vazů na plantární straně udržují příčnou klenbu (Čihák, 2011c; Dylevský, 2009). Obě klenby jsou stabilizovány pasivně tvarem a architektonikou kostí, klouby a vazy; a aktivně pomocí svalstva nohy a bérce (Dylevský, 2009). Obrázek 2. Nožní klenby (upraveno dle Gross, Fetto & Rosen, 2005) 15

2.3 Funkce nohy Noha zprostředkovává styk těla s terénem, po kterém se člověk pohybuje, umožňuje bipedální lokomoci. Je přizpůsobena uchopovat terén, obdobně jako opičí noha uchopuje větve. Je hlavním předpokladem stabilizovaného stoje a chůze (Véle, 1997). Dle Maška (2006) má noha čtyři hlavní funkce: 1. tlumí energii v okamžiku dopadu paty, 2. stabilizuje a koordinuje stoj, 3. přenáší svalovou sílu pro odraz, 4. je považována za periferní srdce pro žilní návrat. Funkce nohy je statická (nosná) a dynamická. Někteří odborníci znázorňují nohu jako model trojnožky (tripodní model), kdy se při plném zatížení v klidu zdravá noha s dobře vyvinutými klenbami opírá o podložku jen ve 3 bodech hrbol kosti patní, hlavička 1. a 5. metatarsu. Vzniklý statický trojúhelník, je pak možno uznat při anatomickém popisu (Riegerová, Přidalová, & Ulbrichová, 2006). Má velkou adaptibilitu na nerovnosti terénu, po kterém chodíme. Pro stoj a lokomoční funkci je důležitou složkou, tlumí i mechanické rázy, které vzniknou při lokomoci a přenášejí se kloubním řetězcem dolní končetiny na výše postavené segmenty, kde jsou utlumovány pružnou páteří. Nošení bot má chránit plantu nohy před poraněním, ale brání adaptační funkci nohy, jelikož bota funguje jako dlaha (Véle, 1997). Noha je schopna přenášet hmotnost těla na podložku, přenášet jeho zrychlení při běhu, měnit postavení v závislosti na terénních nerovnostech. Slouží jako spojení těla s okolním prostředím (Dungl, 2005). Stoj není nejoblíbenějším výkonem nohy, dlouhé stání unavuje, pohyb je mnohem přirozenější (Gallo, 2011). Lidská noha je geniálním výtvorem přírody. Například při šestimetrovém skoku působí na nohu síly kolem jedné tuny. Při pomalém vytrvalostním běhu působí na nohy krok za krokem několikanásobek tělesné hmotnosti, při maratonu to činí i 2500 tun na jednu nohu. Mnozí lidé během svého života obejdou zeměkouli, stačí několik kilometrů denně. Zkrátka, noha je na zátěž stavěna (Larsen, Miescher, & Wickihalter, 2009, 29). 16

2.4 Fylogeneze nohy Dle Jaroše (1954) byl samotný vývoj končetin velice složitým procesem trvající milióny let, během kterých se nejprve vytvořily na torpédovitém těle nejstaršího předka obratlovců boční vychlípeniny. Z nich vznikaly přední (prsní) a zadní (břišní) párové ploutve ryb. Tyto párové rybí ploutve se přeměnily na přední a zadní kráčivé končetiny. Evoluce dolní končetiny pokračovala od ryb přes praobojživelníky až k lidské noze. Noha se začala vyvíjet před 350 miliony lety. Tvořily ji prsty spolu s tarzálními kostmi na konci zadních končetin. Tarzální kosti se lišily od dnešních kostí počtem i tvarem. Před 300 miliony lety se u předchůdců plazů vyvinuly dvě proximální tarzální kosti, které se dnes označují jako kost patní a kost hlezenní. S vývojem primitivních savců, cca 225 milionů let nazpět, se objevují rozlišitelné kosti například os naviculare, os cuboideum či os cuneiforme (Klenerman, Wood & Griffin, 2005). Dolní končetina dnešního člověka je pětiprstá a trojčlánková. Toto typické rozdělení vzniklo při přechodu organismů z vody na souš, kdy došlo k redukci počtu ploutevních paprsků ryb. Od způsobu pohybu konkrétního druhu i na vnějších podmínkách, kterým se daný druh musel přizpůsobit, závisel vývoj dolní končetiny. Pětiprstá ruka a noha, je pouze fylogenetická náhoda. Chodidlo s pěti prsty však není pravidlem. U některých obratlovců došlo v důsledku přizpůsobení k tomu, že se snížil počet prstů, vznikli tak sudokopytníci a lichokopytníci (Jaroš, 1954). Kompaktní talus, jednoduchá podélná i příčná klenba a středonoží tvořící zámek, který mění kloub v rigidní páku a přenáší sílu generovanou lýtkovými svaly, byly prvními důkazy o noze, která se blíží noze dnešního člověka. Tyto pozůstatky se našly zhruba před dvěma miliony let (Klenerman, Wood & Griffin, 2005). Dungl (1989) tvrdí, že vývoj lidské nohy byl ovlivněn především sestupem předchůdců dnešního člověka ze stromů na zem. Palec byl původně oddálen od ostatních prstů, postupně však ztratil úchopovou schopnost a přiblížil se k ostatním prstům, které se zkrátily. Pata se rozšířila a zmohutněla. Chůzí po nerovném terénu, se pak původně plochá noha, vyvinula v nohu s podélnou a příčnou nožní klenbou. Objevuje se bipední typ chůze. Bipedie (dvounohost), patří mezi zásadní procesy evoluce člověka, je spojena s napřímením páteře a změnou postavení pánve. Nohy umožňovaly osídlit biotop a jsou také jedinou částí těla, která je v trvalém kontaktu se terénem (Dylevský, 2009). 17

2.5 Ontogeneze nohy Končetiny obratlovců jsou výchlipkami embryonální tělní stěny. Lidské končetiny se vyvíjejí z končetinových polí hrudní a pánevní oblasti trupu. Nejdříve však je vytvořena hlavní osa těla, zřetelně je odlišen hlavový a kaudální konec živočicha a mezoderm rozdělen na somity, až poté započíná vývoj dolních končetin. Doba, kdy se utvářejí končetiny, má embryo typický C tvar (Dylevský, 2009). Dungl (1989) uvádí, že vznik základů končetin se objevuje u embrya ve čtvrtém týdnu postovulačního vývoje jako malé pupeny somatopleury po obou stranách trupu, kdy temenokostrční délka je 3. 6 mm. Párový základ dolních končetin je opožděn o 5. 7 dní než základ horních končetin. Pupeny mají semilunární tvar, tvoří je tenká vrstva mezodermu překrytá epidermis a rostou asymetricky ve třech rovinách. Růst probíhá kolem proximodistální osy, tedy je nápadnější do délky než do šířky. Končetiny se drží také proximodistální posloupnosti a nejdříve se vyvíjí stehno a poté bérec. Ve čtyřech a půl týdnech lze rozeznat chodidlo. Během několika následujících dní je zřetelný skelet a základy svalů. Nejdříve se vyvíjí svalstvo a kosterní aparát a až pak nervová vlákna. V šestém týdnu prenatálního vývoje se končetiny prodlužují a je patrný ohyb v kolenou. Zhruba v této době dochází k rotaci chodidla, které se začne ohýbat v kloubu hlezenním více do hřbetní polohy, současně se chodidlo otáčí tak, že pata (zadní část) zůstane kolmá, přední část se dostává do polohy kdy je otočena proti patě o 90. Naproti zadní, kolmé části chodidla se vytvoří přední, vodorovně postavená část chodidla, díky čemuž vznikne nožní klenba. Tato fáze otáčení končetin je rozhodující pro vznik deformit končetiny, např. koňské, kolébkové nebo rozštěpené nohy. Vnější prostředí se velkou měrou podílí na vzniku deformit, dále v prvních týdnech těhotenství i matčina životospráva, především nedostatek vitaminů (skupina vitaminu B), alkohol, onemocnění (toxoplasmosa, virusové nákazy). Vliv může mít i stísněná poloha plodu v dalších měsících (Jaroš, 1954). Ve třetím měsíci těhotenství lze již rozeznat prsty, které jsou od sebe navzájem oddělené. Je vytvořen i chrupavčitý a svalový základ kostry (Pařízek, 2006). Ve dvanáctém týdnu rostou nehty a vytváří se hmatová tělíska v pokožce (Hourová, Králíčková, Uher, 2007). 18

Osifikace kostí nohy neprobíhá stejně rychle. Nejprve jsou patrná osifikační centra v prstových článcích, později v metatarzech (calcaneus v 5. 6. měsíci, talus v 8. měsíci). Kolem porodu osifikuje kost krychlová (Dungl, 1989). Po narození dítěte jsou jeho nohy zakřivené a hákovité, což je způsobené polohou plodu v děloze matky. Zmíněné deformity se během prvních měsíců života upraví do normální polohy. V tomhle období je i zcela běžný tvar písmene O končetin novorozence. Chodidla malého dítěte jsou oploštěná, opatřena silným tukovým polštářem v místě klenby. Nožní klenba u kojence není v podstatě ještě vytvořena, vzniká až při zatěžování končetiny chůzí, kdy dochází k přeměně chrupavky v kost. Vlivem pohybu se deformity a plochost nohou ztrácí, dochází k postupnému vyrovnávání (Larsen, 2005). Paralelním fyziologickým nálezem při narození jsou genua vara, která jsou zesílena valgotizací paty. Ve věku 2 3 let je za normu považována valgozita paty do 15. Kolem 6. roku života dochází k ústupu valgozity kolen i pat a ta klesá až na 5 (Vařeka & Vařeková, 2009). Pozitivní vliv pro správný rozvoj končetin má např. chůze na boso, pohyb po nerovném terénu, dítě se učí vnímat vlastnosti dané podložky, ale především vhodná anatomicky tvarovaná obuv. Naopak nepříznivý vliv na klenbu nožní má chůze po tvrdém povrchu v nepružných botách, nedostatek pohybu (Véle, 1995). 2.6 Typologie nohy V současné době je velké množství pokusů o vytvoření typologie nohy. Mezi velmi jednoduchou, povrchní a málo používanou řadíme typologii antropologickou. Další, u nás jedna z nejrozšířenějších, je klasická klinická typologie, která oproti antropologické je lépe anatomicky podložená. Z hlediska anatomie však nejpropracovanější typologií je Rootova funkční typologie nohy (Vařeka & Vařeková, 2009). 2.6.1 Antropologické typy nohy Tato typologie je příliš povrchní, a proto je překonána klinicky dokonalejšími typologiemi, zohledňující anatomii i funkci nohy (Vařeka & Vařeková, 2009). Je založena na tzv. digitální formuli, která vychází z délky prstů, resp. z pořadí největší distální prominence (Obrázek 3). 19

Egyptská noha U egyptské nohy je nejdelším prstem palec, ostatní prsty se postupně zkracují. Tento typ nohy se vyskytuje u většiny evropské populace. Nejdelší palec má za následek sklon ke vzniku hallux valgus a hallux rigidus. Egyptská noha se vyznačuje velkou dotykovou plochou prstů, zároveň má dobré předpoklady pro odrazové činnosti (Kučera, Korbelář, Kolář, & Linz, 1994; Vařeka & Vařeková, 2009). Řecká noha Řecká noha neboli pes anticus je také někdy označována jako atavistická či neandrtálská noha. Vyznačuje se nejdelším druhým prstem, palec a třetí prst jsou přibližně stejně dlouhé. Mezi druhým a třetím prstem může docházet k částečné syndaktylii. Pro tento typ nohy jsou typické otlaky pod hlavičkou druhého metatarzu, na zevní straně hlavičky pátého metatarzu, na vnitřní straně hlavičky prvního metatarzu a na mezičlánkovém kloubu palce (Kučera, Korbelář, Čermák, Havrda & Hrazdíra, 1995; Vařeka & Vařeková, 2003). Polynéská noha Polynéská (kvadratická, široká) noha má obdélníkový tvar. První tři prsty jsou stejně dlouhé (Vařeka & Vařeková, 2009). Kvadratický typ nohy je z hlediska perspektivy nevhodný pro vysoké požadavky sportovních aktivit, jelikož systém nepracuje jako celek a vždy je výrazné zatížení na některém z prstů. Klinicky se to může projevit zvýšenou bolestivostí nebo únavovou zlomeninou (Kučera, Korbelář, Kolář, & Linz, 1994). 20

Obrázek 3. Antropologické typy nohou (upraveno dle Riegerová, Přidalová, & Ulbrichová, 2006) 2.6.2 Klasická klinická typologie nohy Počátky vzniku (klasické klinické typologie) se datují do 20. let minulého století. Jde o velmi rozšířenou a relativně jednoduchou typologii. Vychází z koncepce tripoidního modelu nohy, rozeznávající tři základní typy nožní klenby: plochá noha, vysoká noha a normální noha (Vařeka & Vařeková, 2009). Plochá noha pes planus Dungl (2005) ve své publikaci uvádí, že plochá noha je termín označující abnormální snížení podélné klenby nožní nebo její úplné vymizení. Pes planus je poměrně častá deformita, která může vznikat v každém věku a vede k obtížím, které snižují schopnost člověka snášet statické zatížení (Medek, 2003). Těžší stupně podélně plochých noh jsou doprovázeny výraznou valgozitou paty, plantárně a mediálně prominující hlavicí talu s častými otoky. Přítomny jsou i deformity přední nohy např. hallux valgus a pes transversoplanus (Gallo a kol., 2011). Plochá noha se v učebnicích ortopedie rozlišuje jako vada vrozená i získaná v průběhu života a může se vyskytovat jak jednostranně, tak oboustranně (Janíček a kol., 2001; Vařeka & Vařeková, 2009). Dungl (2005) převzal od Tachdjiana rozdělení na vrozeně plochou nohu rigidní (např. vrozený strmý talus, koalice tarzálních kostí) a flexibilní (např. pes calcaneovalgus, pes 21

valgus). Získaná plochá noha je pak způsobena svalovou slabostí a dysbalancí, nebo chabostí vazů. Tato deformita podstatně ovlivňuje biomechaniku a kinematiku nohy a vzniká vlivem nadměrné zátěže, nedostatku odpočinku, nevhodné obuvi, nadváhy, chůzi po rovném terénu apod (Gallo a kol., 2011). Obuv a rovná, tvrdá podložka jsou zřejmou příčinou, že noha nemá dostatek podnětů pro aktivní svalovou práci (Kubát, 1985). Gallo a kolektiv (2011) převzali klasifikaci od Stryhala z roku 1959, který rozdělil z klinického hlediska plochou nohu do čtyř stupňů: 1. Noha unavená, přetížená, avšak stále mající normální tvar. Při vyšetření je nalezena větší valgozita paty. 2. Noha ochablá, u které dochází při zatěžování k poklesu podélné klenby, zatímco při odlehčení se opět klenba vrací do viditelné podoby. 3. Flexibilní, trvale plochá noha, kterou lze pasivně zformovat do přibližně normálního tvaru. 4. Rigidní plochá noha, fixovanou pasivně nekorigovatelnou deformitou s konvexním mediálním okrajem nohy, prominující hlavicí talu medioplantárně, valgózní patou a přední nohou v pronaci. Dětská plochá noha pes planovalgus Podélná i příčná klenba nožní je vytvořena od narození, její odolnost vůči zátěži však ještě není dostatečně formována. Proto je vyplněna tukovými polštářky, což vede k dojmu ploché nohy. Podélná klenba nožní se stává výraznou ve druhém roce života (Dungl, 2005). Pod pojmem pes planovalgus označujeme deformitu nohy v růstovém věku, kdy dojde k oploštění mediální klenby a pata se dostává do zvýšeného valgózního postavení. Dungl (1989) přebírá charakteristiky dětského plochonoží od Bählera, který jej sepsal do pěti komponent: 1. valgózní postavení paty, 2. vnitřní rotace osy hlezenního kloubu, 3. poklesnutí talu plantárně a mediálně, 4. abdukce předonoží, 5. v počáteční fázi supinace a dále pronace prvního paprsku. Vyjmenované komponenty se projevují v různě velkém zastoupení v individuálních formách, např. vybočení paty není vždy spojeno se stejně velkým poklesem podélné klenby. 22

Následkem zmíněných komponent je přetěžování mediálního okraje chodidla. U dětí pak můžeme často zaznamenat chůzi špičkami dovnitř, kterou se snaží toto přetížení kompenzovat a převést tělesnou hmotnost na laterální okraje nohou (Dungl, 2005). Pes planovalgus se obvykle rozděluje podle závažnosti do tří stupňů. U prvního stupně dochází k poklesu podélné klenby nožní, stále je však ještě patrná (B1). Druhý stupeň je charakteristický vymizením podélné klenby v zatížení (B2). Ve třetím stupni (B3) je klenba na mediální straně konvexní (Obrázek 4) (Dungl, 1989). Obrázek 4. Plantogramy z různých stupňů plochovbočené (upraveno dle Dungla, 2005); N normální noha; B1 podélná klenba je oploštělá, ale stále patrná; B2 podélná klenba chybí; B3 mediální okraj nohy je konvexní, hlavice talu prominuje plantárně a mediálně; TV talus verticalis; PC pes cavus; 1 délka nohy; 2 šířka nohy O způsobu léčení pes planovalgus se vedou spory, názory nejsou jednotné. Avšak nejedná-li se o vážné případy dětské ploché nohy, které z důsledků omezení pohybu vyžadují operativní léčbu, nepůsobí svým majitelům závažnější funkční problémy ani bolesti. Většina dětských plochonoží se upraví spontánně s vývojem (Dungl, 1989). Příčně plochá noha pes transversoplanus Tato deformita je způsobena nošením nevhodné obuvi, např. vysoký podpatek, úzká špička, malé a úzké boty, popřípadě chůzí v botách po tvrdém povrchu. Vzniká poklesem hlaviček metatarzů a tím i snížení příčné klenby. Pacienti trpí bolestmi, únavou, případně otoky v oblasti pokleslých hlaviček 2., 3. a 4. metatarzu (Přidalová, Riegerová, Ulbrichová, 2006). 23

Vysoká noha pes cavus Vada, která představuje výrazné vyklenutí podélné klenby nožní s prsty v drápovité kontraktuře, rozšířeným příčným klenutím a s hlavičkami metatarzů vyklenutými do plosky. Její příčinou jsou vrozené dispozice, malá obuv, záněty na chodidlech. Nejlehčím stupněm pes cavus je tzv. vysoký nárt. Pacient s vysokou rigidní nohou nemá ve stoji žádný kontakt mezi středonožím a podložkou a jeho noha není příliš schopna absorbovat nárazy (Kubát, 1985; Riegerová, Přidalová, & Ulbrichová, 2006). Klementa (1987) ve své publikaci rozeznává tři stupně vysoké nohy: 1. mírně vysoká noha (0,1 cm 1,5 cm) 2. středně vysoká noha (1,6 cm 3,0 cm) 3. velmi vysoká noha (nad 3,1 cm) Uvedené hodnocení je založeno na měření vzdálenosti mezi otisknutou patní a přední částí plantogramu v cm. Příčinou může být zkrácení m. tibialis posterior či mm. peronei, nerovnováha metatarzofalangeálních kloubů, které vedou k hyperextenzi prvních článků prstů a nerovnováze svalů plosky nohy. V neposlední řadě se na vzniku vady podílí nevhodná obuv s vysokými podpatky, stejně jako chůze po tvrdém povrchu (Riegerová, Přidalová, & Ulbrichová, 2006). Léčba je závislá na stupni deformity a její příčině. Využívají se ortopedické vložky a obuv s dostatečným vnitřním prostorem, které jsou navíc vyrobeny tak, aby nepodporovaly další vývoj pes cavus. U těžších forem se doporučuje operace korigující špatné postavení. Často je nutností osteotomie kosti patní (Vojtaššák, 1998). 2.6.3 Funkční typologie nohy Vznik této typologie je datován do 50. a 60 let minulého století. Autorem je Merton L. Root, který zdůrazňuje nohu jako dynamický komplex, nikoliv statickou strukturu. Funkční typologie nohy je postavena na klinickém hodnocení postavení předonoží vzhledem k zánoží a zánoží vzhledem k vertikále (ose dolní 1/3 bérce) a srovnání nálezů při odlehčení a při zatížení. Různé funkční typy nohou mohou mít podobný klinický nález. Proto je mimořádně důležité rozlišovat mezi nálezem při odlehčení vyšetřované nohy a při jejím zatížení (Vařeka & Vařeková, 2005, 2009). 24

Varózní zánoží Patří mezi nejvyskytovanější deformity nohy. Odborníci ji chápou jako odchylku od neutrálního postavení nohy. Na vzniku se nejčastěji podílí nedostatečný funkční vývoj kosti patní a tibie. Jde tedy o kostní deformitu, která se rozlišuje na tzv. subtalární varozitu a tibiální varozitu (Vařeka & Vařeková, 2005, 2009). Varózní předonoží Varózní předonoží je strukturální vada, vznikající pravděpodobně nedostatečnou pronací krčku talu během intrauterinního vývoje nebo u kostěné abnormality mediotarzálního kloubu (Michaud, 1997; Vařeka & Vařeková, 2005). Valgózní zánoží Vařeka a Vařeková (2009) se ve své publikaci zmiňují o primárním valgózním zánoží jako o vzácné deformitě, vzniklé vrozeně nebo po úrazu. Uvádějí možné příčiny např. bimaleolární frakturu, revmatické onemocnění, těžkou neuropatii atd. Valgózní předonoží Jde o nejčastější deformitu předonoží ve frontální rovině. Jako důvody jsou označovány hyperpronace krčku talu, vrozená deformita kalkaneokuboidního kloubu, kompenzace rigidní varozity zánoží či pes cavus. Flexibilní a rigidní valgózní předonoží jsou dle odborníků klinické podtypy (Valmassy, 1995; Vařeka & Vařeková, 2009). Flexibilní valgózní předonoží se dále dělí do podtypů A, B1 a B2. Podtypy B1 a B2 jsou častější a mají bolestivější důsledky, kterými jsou otlaky na hlavičkách I. a V. metatarzu, pod hlavičkami II. a III. metatarzu, vznik hallux rigidus či hallux valgus (Vařeka & Vařeková, 2009) Rigidní valgózní předonoží má za následek změny v postavení bérce a kolen, vede k nestabilitě hlezna a recidivujícím distorzím, bolestem kolen, zátěžovým zlomeninám tibie a bolestem v lumbosakrální oblasti (Vařeka & Vařeková, 2005). 25

2.7 Chůze Chůze přestavuje základní lokomoční stereotyp vybudovaný v ontogenezi na fylogeneticky fixovaných principech charakteristických pro každého jedince. Jedná se o střídavý cyklický pohyb dolních končetin se souhyby celého těla, to znamená zkřížený model pohybu končetin horních oproti dolním (Dvořák, 2007). V odborné literatuře lze najít mnoho definic chůze: Chůze je dopředný pohyb vzpřímeného těla vykonávaný rytmickým střídáním obou dolních končetin (Gross, 2005). Kirtley (2006) uvádí, že chůze jako způsob lokomoce je charakteristická střídáním období zatěžování a nezatěžování dolních končetin. Rose & Gamble (2006) definují chůzi jako rytmický, vzájemný pohyb dolních končetin, přičemž vždy jedna noha zůstává v kontaktu s podložkou. Bronstein (1996) píše o dvou základních požadavcích, které jsou nezbytně nutné pro správné udržení se v chůzi. Těmito požadavky jsou rovnováha, což je schopnost zaujmout vertikální posturu a udržovat balanci, a pohyb, tedy schopnost zahájit a udržet rytmický krokový mechanismus. Dvojkrok je elementární jednotkou lidské lokomoce. Celý dvojkrok tvoří 85 % stoj na jedné noze, což je základní poloha těla pro kineziologické úvahy (Dvořák, 2007). 2.7.1 Krokový cyklus Krokový cyklus neboli dvojkrok je považován za základní jednotku chůze. Je zahájen kontaktem jednoho chodidla na podložku a končí opětovným kontaktem toho samého chodidla (Gross, 2005). Různí autoři (Enoka, 1994; Gage, 1991; Gross, 2005; Kirtley, 2006; Vaughan, 1992; Whittle, 2007) se trochu liší v rozdělení krokového cyklu, ale do základního dělení však vždy zahrnují dvě hlavní fáze stojnou a švihovou. Stojná, oporová fáze (stance phase) je statická část dvojkroku představující přibližně 60 % krokového cyklu. Začíná kontaktem paty s podložkou a končí odlepením palce (stejné) ipsilaterální dolní končetiny. Švihová fáze (swing phase) je dynamická část, tvořící 40 % cyklu. Začíná odlepením palce a končí úderem paty (stejné) ipsilaterální dolní končetiny, chodidlo se nachází v bezoporové fázi. 26

Whittle (2007) rozlišuje končetinu vedoucí (leading leg), ta která byla právě položena na podložku, a následující (trailing leg), která se právě chystá odlepit. Kirtley (2006) rozděluje fázi dvojí opory na část iniciální a terminální. Hmotnost těla se při iniciální převádí z kontralaterální na ipsilaterální dolní končetiny a při terminální z ipsilaterální na kontralaterální dolní končetiny. U zrychlování chůze se fáze dvojí opory zkracuje a u běhu je nulová. Rozdělení krokového cyklu dle různých autorů: Terminologie dle Vaughana (Obrázek 5) (Kolář et al., 2009) 1. úder paty heel strike, HS; 2. kontakt nohy foot flat, FF; 3. střed stojné fáze midstance, MS; 4. odvinutí paty heel off, HO; 5. odraz palce toe off, TO; 6. zrychlení acceleration ; 7. střed švihové fáze midswing, MSW; 8. zpomalení deceleration. Obrázek 5. Jednotlivé fáze chůze pravé dolní končetiny (upraveno podle Koláře, 2009) 1 počáteční kontakt pravé dolní končetiny, 2 fáze zatížení, 3 střed stojné fáze, 4 terminální fáze stoje, 5 předšvihová fáze, 6 počáteční švihová fáze, 7 střed švihové fáze, 8 terminální fáze švihu. 27

Názvosloví dle Whittle (2007) 1. počáteční kontakt Initial contact ; 2. odvinutí palce opačné DK Opposite toe off ; 3. odvíjení paty Heel rise ; 4. počáteční kontakt opačné DK Opposite initial contact ; 5. odvinutí palce Toe off ; 6. míjení chodidel Feet adjacent ; 7. fáze vertikálního postavení tibie Tibia vertical. Oporová fáze začínající initial contact a končící fází toe off je dále rozdělena: 1. postupné zatížení Loading response ; 2. mezistoj Mid-stance ; 3. konečná fáze stoje Terminal stance ; 4. předšvih Pre-swing Švihová fáze, která začíná toe off a končí initial contact, se dále dělí na: 1. počátek švihu Initial swing ; 2. mezišvih Mid-swing ; 3. konečná fáze švihu Terminal swing. Rozdělení krokového cyklu dle Rose & Gamble (2006) a Perry (1992) Stojná fáze zahrnuje: 1. počáteční kontakt (initial contact; 0 %); 2. postupné zatěžování (loading response; 0 10 %); 3. mezistoj (midstance; 10 30 %); 4. konečný stoj (terminal stance; 30 50 %); 5. předšvih (preswing; 50 60 %), Švihová fáze zahrnuje: 1. počáteční švih (initial swing; 60 73 %); 2. mezišvih (midswing; 73 87 %); 3. konečný švih (terminal swing; 87 100 %). 28

Stojná fáze Počáteční kontakt (initial contact) je krátkodobý děj, zahajující oporovou fázi. Z fyziologického hlediska dochází k výraznému působení reakční síly mezi patou a podložkou (Whittle, 1997). Kontakt paty započíná plantární flexí a everzí v subtalárním kloubu díky excentrické činnosti m. tibialis anterior, m. extenzor digitorum longus, m. extenzor hallucis longus a zadní skupiny tibialních svalů. Kolenní kloub se z téměř plné extenze začne flektovat a kyčelní kloub je ve flexi okolo 35 (Rose & Gamble, 2006). Postupné zatěžování (loading response) je doba mezi počátečním kontaktem a odrazem protějšího palce, během které se zatížení plně přenese na stojnou dolní končetiny. Při této fázi je cílem adaptovat končetinu na vzrůstající zatížení, zpomalit pohyb těla a stabilizovat pánev. Flexe v kolenním kloubu v průběhu postupného zatěžování se zvětšuje a je kontrolována excentrickou kontrakcí m. quadriceps do 15. Flexe v koleni tlumí nárazy a chrání proximální klouby. Do tohoto procesu se také aktivně zapojují extenzory a abduktory kyčelního kloubu, které zvyšují stabilitu stojné dolní končetiny a pánve (Rose & Gamble, 2006; Dungl, 2005). Tato fáze zaujímá v krokovém cyklu okolo 10% (Perry, 1992). Mezistoj (midstance) tvoří první polovinu jednooporové fáze. Nastává po opuštění podložky protější nohou, a dokud není hmotnost přenesena nad střed přední části chodidla. V této fázi má jedinec nejhorší stabilitu (Trew, 1997). V krokovém cyklu zaujímá tento úsek od 10% do 30% (Perry, 1992). Z hlediska biomechaniky je cílem fixace kolenního kloubu a udržení těžiště nad opěrnou bází. Důležitou roli hraje i tzv. zhoupnutí kotníku, umožňující posun dolní končetiny přes zafixované chodidlo. Aktivita svalů a dorzální flexe v kotníku napomáhá k dokončení souvislého pohybu. Aktivní m. soleus představuje hlavní brzdící sílu, spolu s m. gastrocnemius a svaly v oblasti hlezna m. flexor digitorum longus, m. flexor hallucis longus, m. peroneus longus, m. peroneus brevis upravují stupeň dorziflexe (Rose & Gamble, 2006; Dungl, 2005). 29

Konečný stoj (terminal stance) je zahájen zdvihem paty stojné dolní končetiny a končí v okamžiku dotyku kontralaterální paty s podložkou (Giannini, 1994). Tento úsek ukončuje druhou polovinu jednooporové fáze a v krokovém cyklu zaujímá od 30 % do 50 % (Perry, 1992). Hmotnost těla se přenáší před stojnou končetinu (Rose & Gamble, 2006). Při odlepení paty od podložky dosahuje dorzální flexe v hlezenním kloubu svého maxima. S narůstající flexí v koleni se zvětšuje plantární flexe v hlezenním kloubu, tibie rotuje zevně a zánoží se dostává do větší supinace (Whittle, 2007). Předšvih (preswing) začíná kontaktem kontralaterální dolní končetiny a je ukončen odlepením palce homolaterální dolní končetiny (Giannini, 1994). Dle Perry (1992) je preswing konečný úsek stojné fáze a v krokovém cyklu zaujímá od 50 % do 60 %. Během tohoto období je hmotnost těla přenášena na kontralaterální končetinu a začínající flexe v koleni, přispívá k odrazu palce a posunu končetiny dopředu (Whittle, 2007). Aktivita svalů ukončuje fázi stoje a připravuje končetinu na švih (Gage, 1991). Švihová fáze Počáteční švih (initial swing) zaujímá první třetinu švihového období. Začíná opuštěním podložky nohou a trvá do maximální flexe v kolenním kloubu. Initial swing zaujímá v krokovém cyklu od 60 % do 73 %. Dochází jak ke zvyšování flexe kolene, kyčle a posunu končetiny vpřed, tak i k částečné dorzální flexi hlezenního kloubu. Druhá dolní končetina se nachází ve fázi mezistoje (Perry, 1992). Mezišvih (midswing) probíhá ve druhé třetině švihové fáze od 73 % do 87 % krokového cyklu. V tomto úseku se švihová dolní končetina dostává před stojnou. Klíčovou roli zde hraje flexe kyčelního kloubu a neutrální pozice kotníku. Musculus iliopsoas silnou kontrakcí dostává kyčel do požadované flexe (25 ), a jelikož dolní končetina funguje jako dvojité kyvadlo, není zapotřebí svalové aktivity k flexi kolenního kloubu. Nezbytné pro následné pohyby je extenze v koleni, která započíná po dosažení 60 70º flexe kolene, a dorzální flexe v hlezenním kloubu (Perry, 1992; Whittle 1997). Konečný švih (terminal swing) tvoří závěrečnou fázi švihu a zaujímá v krokovém cyklu od 85 % do 100 % (Perry, 1992). Úkon zahajuje vertikální postavení tibie a ukončuje jej 30

dopad homolaterální paty. Koleno je v extenzi, kyčelní kloub zůstává ve flexi 25 a hlezenní kloub má neutrální postavení. Flexi kyčle ukončují aktivované hamstringy. V rámci přípravy na počáteční kontakt se aktivují m. gluteus maximus a m. adductor magnus (Rose & Gamble, 2006; Whittle, 1997). Časoprostorové parametry krokového cyklu Rytmus (frekvence) je počet kroků za určitou dobu, nejpoužívanější jednotkou je počet kroků za minutu. Krok je pouze polovina cyklu, čili kadence není počet cyklů za minutu (Whittle, 2007). Rytmus je úměrný délce dolních končetin. Čím je končetina delší, tím je rytmus pomalejší. Děti mívají kadenci až 180 kroků/min, s přibývajícím růstem se zpomaluje. Ženy, jelikož jsou menšího vzrůstu než muži, mají v průměru větší frekvenci (Kirtley, 2006). Rychlost je definována jako vzdálenost, kterou ujde celé tělo za určitý čas. Je zcela individuální a ovlivněna různými vnějšími i vnitřními podmínkami, lidé by měli být schopni rychlost měnit dle aktuální potřeby, např. aby se vyhnuli kolizi s překážkami. Jednotkou jsou m.s -1, jelikož ji lze vyjádřit jako podíl vzdálenosti na čase (Whittle, 2007). Whittle (2007) ve své publikaci uvádí, že průměrná rychlost se dá vypočítat i z frekvence a délky dvojkroku. Vzorec pak vypadá: Rychlost (m/s) = délka dvojkroku (m) x frekvence (kroky/min) / 120 Délka kroku (step length) (Obrázek 6) je určena vzdáleností mezi počátečními kontakty kontralaterálních dolních končetin. Rozlišujeme pravý a levý krok, podle toho, která končetina se nachází vepředu. S tímto parametrem souvisí i délka dvojkroku (stride length) čili jednoho krokového cyklu, která je tvořena součtem délky pravého a levého kroku (Whittle, 2007). Dle Dvořáka (2007) nacházející se asymetrie u délky kroků je jeden ze znaků kulhání. Průměrně vysoký člověk má délku kroku asi 60 cm při středně rychlé chůzi (Dvořák, 2007). Šířka kroku (báze) (Obrázek 6) je vzdálenost mezi vnitřními liniemi chodidel. Měří se mezi středy zadních částí pat nebo mezi středy vnitřních kotníků. Obvyklou jednotkou 31

jsou milimetry (Whittle, 2007). Zvětšení šíře znamená chůzi o široké bázi, což má za následek poruchy rovnováhy. Za extrém zúžené báze počítáme tzv. chůzi provazochodce, kdy jsou chodidla při chůzi kladena do linie za sebou, často u hysterických jedinců (Dvořák, 2007). Úhel nohy (toe out, toe in angle) (Obrázek 6) je úhel mezi směrem pohybu a osou chodidla, převážně měřený ve stupních (Whittle, 1997). Obrázek 6. Parametry krokového cyklu (upraveno dle Whittle, 1997); Right step length délka pravého kroku, Left step length délka levého kroku, Toe out angle úhel nohy, Stride length délka kroku, Walking base šířka kroku (báze). 2.7.2 Ontogeneze lidské lokomoce V procesu ontogeneze se vyvíjí bipedální chůze ze starších vzorů kvadrupedální lokomoce. První pokusy o chůzi můžeme zaznamenat u dětí při poloze na břiše plazením. Jde o proces, při kterém se dítě střídavě opírá o lokty, tahá za sebou trup a dolní končetiny se jen nepatrně účastní zmíněného pohybu. Pokročilejší fází lokomoce je lezení, kde se opěrnými body stávají obě ruce a kolena. Trup zůstává v horizontální poloze bez kontaktu s opornou plochou. K posturálně zajištěné bezpečné bipedální lokomoci dojde, teprve až dítě získá schopnost stabilizace vertikálního postavení těla na jedné noze po dobu nejméně 2-3 vteřin (Véle, 2006). Pohyblivost dolních končetin je závislá na stabilizaci pánve, od ní se postupně diferencuje hybnost v jednotlivých kloubech proximálně i distálně. První krůčky 32

vznikají po významném pohybu v kyčelních kloubech. Lokomoce v prvopočátcích je velmi neobratná, dítě našlapuje na celá chodidla, jelikož není schopno odvíjet plosku a provést dorzální flexi v hleznu (Faladová & Nováková, 2009). Ve čtyřech letech věku dochází k úplnému dokončení posturálního vývoje, poněvadž v tomto období dozrává funkce CNS pro hrubou motoriku (Kolář, 2001). Whittle (2007) se ve své publikaci zmiňuje o odlišnostech dětské chůze od chůze dospělého člověka: 1. Báze chůze dítěte je širší. 2. Délka kroku a rychlost jsou menší a trvání krokového cyklu je kratší. 3. Malé děti nemají iniciální kontakt patou, ale našlapují celou nohou. 4. Ve stojné fázi mají velmi malou flexi v koleni. 5. Celá dolní končetina je během švihové fáze v zevní rotaci. 6. Chybí souhyb horních končetin. Body 3, 4 a 5 se změní v podobu chůze dospělého člověka zhruba ve dvou letech, body 1 a 6 ve čtyřech letech a bod 2 kolem patnácti let. 2.7.3 Typy chůze podle postavení špiček nohou Chůze špičkami přímo dopředu se považuje z anatomického hlediska za nejvýhodnější. Svaly dolních končetin pracují při tomto typu chůze rovnoměrně a chůze pak je velmi ekonomická a málo únavná (A). Špičky odkloněné při chůzi od osy do 30 se považují za estetickou a z hlediska anatomie za normální chůzi. Chůzi, u které špičky svírají od osy více než 30, anatomové řadí mezi nesprávnou, velmi nehospodárnou a únavnou. Typickými představiteli této lokomoce jsou lidé s plochovbočenou nohou. Vyskytují se zde deformace především palce, který má tendenci se vbočovat, jelikož při chůzi se člověk odráží od jeho vnitřní strany (B). Další typ chůze používají převážně děti. U malých dětí se slabým svalstvem a valgózní patou chrání špičky orientované dovnitř podélnou klenbu nožní proti poklesu. Díky hmotnosti přenášené na zevní okraj nohy není vnitřní část tak zatěžována (D). Po zesílení svalstva (někdy až v pubertě) se typ se špičkami k sobě upravuje na anatomicky správný, špičky a paty jsou pak v identické vzdálenosti od osy. Umělým typem je tzv. indiánská chůze, u které chodec 33

pokládá chodidla do jedné přímky (C) (Obrázek 7). Typická je pro vytrvalostní chodce, vyznačující se velkou ekonomizací (Riegerová, Přidalová, & Ulbrichová, 2006). Obrázek 7. Typy chůze (upraveno dle Přidalová, Riegerová, 2006) A špičkami přímo dopředu, B špičkami od sebe (úhel větší než 30 ), C indiánská chůze, D špičkami k sobě 2.7.4 Abnormality chůze Whittle (1997) uvádí dvě příčiny abnormálního pohybu: 1. pohyb jako výsledná kompenzace, kterou člověk využívá k napravení původního problému, 2. jedinec pro vykonání pohybu a zajištění funkce přejímá abnormální vzorec. Pohyb je ovlivněn oslabením, spasticitou nebo deformitou. Stejný muskuloskeletální problém se může na vzorci chůze u různých jedinců projevit různě (Whittle, 1997). Důležitým determinantem je bolest (Véle, 2006). Každá odchylka od normálního vzorce chůze s sebou přináší větší energetickou náročnost (Trew a Everett, 1997). Abnormalit chůze způsobených nejrůznějšími příčinami je celá řada, proto uvádím jen některé pro přehled. 34

Ataktická chůze Porucha chůze při poškození zadních provazců míšních nebo mozečku, kdy dochází k porušení svalové koordinace. Rozděluje se na tabickou a cerebelární chůzi. Při tabické chůzi dochází k poškození zadních kořenů a provazců míchy. Pacient ztrácí informace o poloze jednotlivých segmentů těla, nedokáže tedy udržet rovnováhu a neumí správně přenášet váhu těla z jedné končetiny na druhou, lehce spadne. Při cerebelární chůzi je poškozen mozeček. Chůze pacienta má širokou bázi, chodí jako opilý. Souhyby horních končetin jsou zvýšené a trup je nakloněn dozadu (Kolář et al., 2009). Posteriorní naklonění trupu Celý trup se při počátku stojné fáze naklání vzad. Důvodem jsou neúčinné extenzory kyčelního kloubu, převážně m. gluteus maximus (Whittle, 1997). Weaver a Ferg (2010) nazývají tuto abnormalitu jako chůzi houpajícího koně rocking horse gait, jelikož střídavé naklánění trupu vřed a vzad připomíná jízdu na koni. Kolébavá kachní chůze Pacient při tomto typu chůze vychyluje trup při každém kroku nad opěrnou končetinu. Trup je vychylován díky dysfunkcí abduktorů kyčelního kloubu stabilizující pánev při chůzi. Kachní chůze je známkou prvotních svalových obrn, např. myopatií, při postižení kyčelního kloubu atd (Kolář et al., 2009). Nedostatečný odraz Vzniká především díky oslabenému svalstvu na zadní straně lýtka (m. triceps surae) při poruše kořene S1 či n. tibialis, nebo při poškození Achillovy šlachy (Weaver & Ferg, 2010). Dochází k redukci fáze odrazu palce nebo k nedostačující plantární flexi. Tím se zkracuje doba stojné fáze na postižené straně, prodlužuje se doba švihové fáze a tedy i délka kroku. Dochází k asymetrickému časování chůze (Whittle, 1997). Hysterická (funkční) chůze Tato abnormalita je charakteristická teatrálními a nesourodými příznaky bez organického poškození. Pacient chodí po zúžené bázi, tzv. provazolezecká chůze, nebo dokonce kříží dolní končetiny. Je symptomem hysterie (Kolář et al., 2009). 35

3 CÍLE Hlavním cílem bakalářské práce je zhodnotit kinematické parametry chůze u dětí různého věku. Dílčí cíle: 1. Shrnout poznatky z literatury týkající se hodnocení chůze se zaměřením na děti. 2. Provedení případových studií chůze u 3 vybraných dětí. 3. Porovnání naměřených parametrů s literaturou. 36

4 METODIKA 4.1 Charakteristika měřených osob Výzkumný soubor tvořili tři chlapci. Proband č. 1 věk: 3 roky výška: 112 cm hmotnost: 19,6 kg Proband č. 2 věk: 7 let výška: 126 cm hmotnost: 23,4 kg Proband č. 3 věk: 11 let výška: 149 cm hmotnost: 46,1 kg Všichni testovaní jedinci a jejich rodiče byli předem podrobeni rozhovoru, pomocí kterého byly zjištěny informace o jejich aktuálním zdravotním stavu, a dále získány údaje o tom, zda měli nějaký zdravotní problém, který by mohl ovlivnit výsledné hodnoty. Dále byli účastníci měření obeznámeni s postupem a podmínkami měření. 4.2 3D kinematická analýza chůze 4.2.1 Technické zařízení Ke sledování kinematických parametrů chůze bylo použito 7 infračervených kamer Vicon MX (frekvence 200 Hz, Vicon Motion Systems, Oxford, Velká Británie) (Obrázek 8), které byly rozmístěny kolem dráhy o délce 5 metrů. Systém Vicon MX využívá pasivních zevních markerů odrážejících infračervené záření. 37

Obrázek 8. Kamera Vicon MX (upraveno dle http://www.vicon.com/products/bonita/optical.html) Soustava se skládá z MX systému (jednotky pro příjem analogových dat z kamer, sběrnice dat), z počítače a jednotky pro příjem analogových dat ze silových plošin. Softwar Vicon Nexus se využívá k získávání dat z měření a softwar Vicon Polygon k exportu a prezentaci výsledků. 4.2.2 Průběh měření Před vlastním měřením byla provedena kalibrace systému pomocí kalibrační hůlky (Wand) a kalibračního rámečku (L-Frame) pro určení počátku. Všichni probandi byli z důvodu současného získávání kinematických parametrů, pro které je nutné označení vybraných bodů na těle člověka, oblečeni pouze ve spodním prádle. Samotné měření probíhalo při chůzi na boso. Před samotným měřením jsme testovanou osobu zvážili, změřili tělesnou výšku, funkční délku dolních končetin (vzdálenost mezi spina iliaca anterior superior a malleolus medialis), šířku hlezna a kolena. Poté jsme pomocí 16 reflexních značek označili sledované segmenty (PlugIn Gait Model): pánev: spina iliaca anterior superior (LASI, RASI), spina iliaca posterior superior (LPSI, RPSI), dolní končetiny: trochanter major femoris (LTHI, RTHI), epicondylus lateralis femoris (LKNE, RKNE), tibie (LTIB, RTIB), malleolus lateralis (LANK, RANK), pata (LHEE, RHEE), hlavička I. metatarsu (LTOE, RTOE). 38