UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI FAKULTA TĚLESNÉ KULTURY Hodnocení dýchacích pohybů pomocí systému Vicon Diplomová práce (magisterská) Autor: Bc. Veronika Lovecká Vedoucí práce: Mgr. Zdeněk Svoboda, Ph.D. Olomouc 2015
Jméno a příjmení autora: Bc. Veronika Lovecká Název diplomové práce: Hodnocení dýchacích pohybů pomocí systému Vicon Pracoviště: Katedra přírodních věd v kinantropologii Vedoucí: Mgr. Zdeněk Svoboda, Ph.D. Rok obhajoby: 2015 Abstrakt: Diplomová práce se zabývá vztahem mezi silou dýchacích svalů a zapojení jednotlivých bodů na hrudníku. Měření proběhlo pomocí nástroje MicroRPM a pomocí systému Vicon MX. Výzkumný soubor tvořilo 16 studentek Fakulty tělesné kultury. Hodnoceny byly pohyby jednotlivých bodů na hrudníku při provádění maximálního výdechového a nádechového ústního tlaku. Ze zkoumaných bodů bylo zjištěno, že existuje statisticky významná korelace a to především u bodů horního a dolního úhlu lopatky při maximálním výdechu. A při provádění maximálního nádechu se jednalo o statisticky významnou korelaci při pohybu žeber. Klíčová slova: dýchání, dýchací svaly, maximální výdechový ústní tlak, maximální nádechový ústní tlak. 2
Author s name and surname: Bc. Veronika Lovecká Tile of the bachelor s thesis: Evaluating of breathing motions by using the system of Vicon. Department: Natural Sciences in Kinanthropology Supervisor: Mgr. Zdeněk Svoboda, Ph.D. Year of defence: 2015 Abstract: This final thesis deals with relationship between strength of breathing muscles and involvement of individual points on the chest. Measurement was carried out by using MicroRPM device and Vicon MX system. Research sample consisted of 16 female students from the Faculty of Physical Culture. Movements of individual points were evaluated during conduction of maximal exhaled and inhaled oral pressure. It was found from the analysed points that a statistically significant correlation exists, especially at points of the upper and lower blade angle durin maximum expiratory. When implementing maximum inspiration there was statistically significant correlation during ribs movement. Key words: breathing, the muscles of respiratory, maximal inspiratory pressure, maximal expiratory pressure. 3
Prohlašuji, že jsem magisterskou práci zpracovala samostatně pod vedením Mgr. Zdeňka Svobody, Ph. D., uvedla všechny použité literární a odborné zdroje a dodržovala zásady vědecké etiky. V Olomouci dne 23. 4. 2015 4
Poděkování patří Mgr. Zdeňkovi Svobodovi, Ph. D. za cenné rady a konzultace, které mi poskytl při vypracování diplomové práce. 5
OBSAH 1 ÚVOD... 9 2 SYNTÉZA POZNATKŮ... 10 2.1. DÝCHACÍ SYSTÉM... 10 2.2. DÝCHACÍ SVALY... 11 2.2.1. Inspirační svaly... 12 2.2.2. Expirační svaly... 14 2.2.3. Vztah bránice a břišních svalů... 16 2.3. ÚNAVA DÝCHACÍCH SVALŮ... 17 2.4. STAVBA A FUNKCE HRUDNÍKU... 18 2.4.1. Hrudní koš... 18 2.4.2. Spojení na hrudníku... 19 2.4.3. Pohyby žeber... 19 2.5. FYZIOLOGIE DÝCHÁNÍ... 21 2.6. MECHANIKA DÝCHÁNÍ... 23 2.7. DECHOVÁ PRÁCE... 24 2.8. KINEMATICKÁ ANALÝZA... 27 2.8.1. Kinematické zkoumání pohybu... 27 6
2.8.2. Segmenty lidského těla... 27 2.8.3. Přístupy kinematické analýzy... 28 2.8.4. Kinematické metody... 29 2.8.5. Videografická vyšetřovací metoda... 30 2.8.6. Záznam pohybu... 30 2.8.7. Umístění značek při 3D kinematické analýze... 31 2.8.8. Kalibrace... 33 3 CÍLE... 34 4 VÝZKUMNÉ OTÁZKY... 35 5 METODIKA VÝZKUMU... 36 5.1. Výzkumný soubor... 36 5.2. Metody sběru dat... 36 5.3. Průběh testování... 37 5.4. Zpracování dat... 37 6 VÝSLEDKY... 39 6.1. Výsledky maximální výdechový tlak (MEP).... 39 6.2. Výsledky pro maximální nádechový ústní tlak (MIP).... 45 6.3. Shrnutí výsledků... 51 7 DISKUZE... 53 7
8 ZÁVĚRY... 56 9 SOUHRN... 57 10 SUMMARY... 59 11 REFERENČNÍ SEZNAM... 61 8
1 ÚVOD Dýchání patří mezi základní životní funkce. Dýchání lze jako jediné ovlivnit vlastní vůli. Ze všech vegetativních funkcí má dýchání velmi úzký vztah k pohybové soustavě. Dechový pohyb je uskutečňován dýchacími svaly. Aktivita, koordinace a síla nádechových svalů je nezbytná k překonání elastických retrakčních sil plic a hrudní stěny během nádechu. Celkovou sílu nádechových svalů můžeme hodnotit pomocí maximálního nádechového ústního tlaku. Měření maximálních nádechových a výdechových ústních tlaků patří mezi neinvazivní a často používané metody ke zhodnocení síly dýchacích svalů (Neumannová, 2013). Oslabení dýchacích svalů přináší řadu komplikací. S oslabením dýchacího systému se můžeme setkat nejen u onemocnění dýchacího systému, ale i u některých neurologických onemocněních. Často dochází ke snížení kvality života takto nemocných. Díky tomu, že kontrola dýchání probíhá mimovolní a volní regulací můžeme využívat volní aktivace pro terapii poruch dýchání a tak ovlivnit konečný výstup na efektorech, dýchacích svalech. V rámci komplexní péče je důležité cíleně vyšetřit dýchací svaly, zhodnotit jejich sílu a vytrvalost a poté zvolit terapii pro minimalizaci či eliminaci vzniklé poruchy (Neumannová & Zatloukal, 2011). V teoretické části diplomové práce se budeme zabývat samotným dýchacím systémem, anatomickou stavbou hrudníku a jeho funkcí. Dále si popíšeme dýchací svaly, jejich funkci a únavu. Z fyziologického a fyzioterapeutického hlediska nás bude zajímat proces dýchání, dechová práce a mechanika dýchání. Tato práce se zabývá hodnocením dýchacích pohybů tak si v neposlední řadě obecně popíšeme kinematickou analýzu a její metody. V praktické části si popíšeme metodiku výzkumu a výsledky. Hlavním cílem této práce je, zda biomechanická analýza dechového pohybu souvisí se silou dýchacích svalů a pohybem hrudního koše. 9
2 SYNTÉZA POZNATKŮ 2.1. DÝCHACÍ SYSTÉM Dýchání je základní vitální funkcí nezbytnou pro živý organizmus. Pro správnou funkci dýchání je nutná souhra několika dějů. Jedním z nich je výměna vzduchu mezi plícemi a zevním prostředím, dále vedení vzduchu systémem dýchacích cest až k plicním alveolům, přenos kyslíku a oxidu uhličitého a plicní cirkulace (Rokyta, 2008). Dále se díky dýchacímu systému vdechnutý vzduch otepluje nebo ochlazuje, zvlhčuje a očišťuje (Langmeier a kol. 2009). Dýchací systém se skládá z horních a dolních cest dýchacích. Horní cesty dýchací začínají v dutině nosní (cavum nasi). Tady se vzduch ohřívá, zvlhčuje a zbavuje se nečistot. Dále pokračuje do nosohltanu (nasopharynx), který má válcovitý tvar a je spojen se středním uchem Eustachovou trubicí, sloužící k vyrovnání tlaku (Čihák, 2013; Riegrová & Přidalová, 2009; Dylevský, 2013). Dolní cesty dýchací začínají hrtanem (larynx) vyztuženým chrupavkami. Největší je chrupavka štítná. Hrtan má funkci respirační a funkci fonační. Součástí hrtanu je i hrtanová příklopka (epiglottis), která odděluje hrtan od hltanu. Z hrtanu se vzduch šíří do průdušnice (trachea). Končí bifurkací trachey v úseku čtvrtého a pátého hrudního obratle. V tomto úseku se dělí na dvě průdušky (bronchy). Vstupují do plic v plicním hylu. Po vstupu do plic se větví na průduškový strom. Ve stěně je velké množství hladké svaloviny umožňující změnu průsvitu. Průdušky i průdušnice jsou vystlány řasinkovým epitelem, který kmitá směrem nahoru, čímž dochází k odstranění nečistot (Čihák, 2013; Riegrová & Přidalová, 2009; Dylevský, 2013). Plíce (pulmo) jsou párovým orgánem pro výměnu plynů, která se děje na úrovni alveolů a plicních kapilár. Jsou kryty vazivovou blánou, poplicnicí (pleura pulmonalis). Skládají se z jednotlivých plicních laloků. Pravá plíce má 3 laloky, levá 2 laloky. V plicích jde z průduškového stromu velké množství průdušinek (bronchioly), pokračující dále jako plicní lalůčky (lobus pulmonis), váčky (sacculi alveolares), jejichž stěny jsou vyklenuty v plicní sklípky (alveoly). Plicní sklípky vystýlá jednovrstevný respirační epitel, obklopený sítí vlásečnic (Dylevský, 2009). 10
Nedílnou součástí dýchacích orgánů je malý krevní oběh (plicní) s velkou kapilární sítí. Dochází zde k výměně plynů přes alveokapilární membránu. Dýchání je regulováno z dýchacího centra v prodloužené míše. Ze všech automatických vegetativních funkcí má právě dýchání nejužší vztah k pohybovému systému. Kvalita dýchání je úzce spjata s aktivací svalového systému a rozsahu kloubních struktur (Lewit, Janda & Veverková, 1998). 2.2. DÝCHACÍ SVALY Na změny tvaru hrudníku, které postupují vlnovitě zdola nahoru, působí respirační svaly. Mezi respirační svaly hrudníku řadíme bránici (diaphragma), mezižeberní svaly a podle potřeby i jiné svaly, které svojí činností rovněž působí na pohyb hrudníku (Véle, 1997). Funkční jednotku stereotypu dýchání tvoří bránice, mezižeberní svaly a svaly břišní. Pokud dojde k poruše jednoho článku z tohoto řetězce, je stereotyp dýchání porušen. Současně dochází i k zapojování dalších svalů, svalů pomocných, které se zapojují dle potřeby organismu, polohy a postavení segmentů těla vůči sobě. Současně nemají pouze funkci spojenou s dýcháním, ale plní také funkci posturální, fixační a hybnou. Tím, že se podílejí na dýchání, vzniká pro ně práce navíc a snadno se přetíží a unaví (Kováčiková, 1998). Podle Kapandjiho (1974) dělíme dýchací svaly na inspirační a expirační. Tyto dýchací svaly dále dělíme na primární svaly a na pomocné svaly, tzv. přidané. Mezi primární svaly inspirační patří bránice, zevní mezižeberní svaly a m. levator costae. Do pomocných svalů inspiračních řadíme m. staernocleidomastoideus, mm. scaleni, mm. pectorales, dolní vlákna m. serratus anterior, m. latissimus dorsi, m. serratus posterior superior a horní vlákna m. iliocostalis. Mezi primární exspirační svaly řadíme vnitřní mezižeberní svaly. Do pomocných exspiračních svalů patří svaly břišní, m. transversus thoracis, dolní vlákna m. iliocostalis, m. longissimus, m. serratus posterior inferior, m. quadratus lumborum a svaly pánevního dna (Kapandji, 1974). 11
2.2.1. Inspirační svaly 2.2.1.1. Bránice Bránice je hlavním dýchacím svalem a také se podílí na tvorbě břišního lisu. Odděluje dutinu hrudní od dutiny břišní. Má kopulovitý tvar (Riegrová & Přidalová, 2008). Kromě toho, že je bráníce dýchacím svalem, je nedílnou součástí hlubokého stabilizačního systému páteře. Udržuje tedy správnou polohu a funkci trupu (Rokyta, 2008). Šlašitý střed bránice tvoří centrum tendineum, odkud se sbíhají svalové snopce třemi oddíly: od bederní páteře pars lumbalis diaphragmatis, od žeber pars costalis a od sterna pars sternalis a upínají se k periferii na vnitřním obvodu posledních dvou žeber, na kaudálním konci sterna a na těla obratlů z ventrální strany v oblasti Th-L přechodu. Na obratle se bránice upíná dvěma cípy crura diaphragmatis (Véle, 1974). Bránici při kontrakci můžeme přirovnat k pístu, který nasává vzduch. Při nádechu se bránice vyklenuje směrem dolů a žebra se pohybují vzhůru stahem vnějších mezižeberních svalů. Při výdechu se bránice pohybuje jako píst vzhůru a vnitřní mezižeberní svaly stahují žebra kaudálně. Hrudník se zvětšuje nebo zmenšuje aktivitou mezižeberních svalů ve směru příčném i předozadním. Vdech je vždy dějem aktivním, zatímco výdech je pasivní. Jen usilovný výdech by měl mít také aktivní složku svalové činnosti (Rosina, Kolářová, & Stanek, 2006). 2.2.1.2. Mm. Intercostales externi Vnější mezižeberní svaly vyplňují mezižeberní prostory a spojují protilehlé okraje žeber. Začínají těsně u páteře, vždy od dolního okraje žebra. Sestupují po boční straně hrudníku šikmo dolů a vpřed. Připojují se k hornímu okraji následujícího žebra (Dylevský, 2009). Udržují správnou a potřebnou vzdálenost mezi jednotlivými žebry. Mm intercostales externi zvedají žebra, tudíž působí inspiračně (Kapandji, 1974). 2.2.1.3. M. levator costae Spojuje processus transversus obratle s horní hranou dolního žebra. Jeho činností se elevuje žebro při nádechu (Véle, 1997). 12
2.2.1.4. M. Sternocleidomastoideus a mm. Scaleni Musculus sternocleidomastoideus začíná na kosti hrudní (manubrium sterni) a sternálním konci klíční kosti (klavikuly). Tyto snopce vytváří oploštělé svalové bříško, které se upíná na bradavkovitý výběžek (proccesus mastoideus) a na zevní okraj kosti týlní (linea nuchae superior). Protože je tento sval upnut na lebku má vůči poloze hlavy složitější funkce. Jednou z nich je, že při fixované hlavě zvedá hrudní koš, proto se uplatňuje jako sval vdechový. Kloněné svaly (mm. Scaleni) jsou šikmé svaly, které jsou uloženy v hluboké vrstvě svalů krku. Začínají od příčných výběžků krčních obratlů a upínají se šikmo k prvnímu a druhému žebru. Tyto svaly se aktivují při klidovém dýchání (Thieme, 2006). 2.2.1.5. M. Pectorales M. pectoralis major je mohutný prsní sval na přední straně hrudníku pod kterým se nachází m.pectoralis minor. M. pectoralis major začíná na mediální části klíční kosti, sternum a přilehlé části prvních šesti žeber. Při fixované paži zdvihá žebra a proto je typickým pomocným inspiračním svalem. M. pectoralis minor začíná na třetím, čtvrtém a pátém žebru vpředu a upíná se na processus coracoideus. Při fixovaném pletenci horní končetiny jde o pomocný sval inspirační (Číhák, 2011). 2.2.1.6. M. serratus anterior Sval se přikládá na boční a zadní plochu hrudníku, kde končí po celé délce mediálního okraje lopatky. Je-li lopatka fixována, zdvihá kontrahovaný sval žebra a proto je i pomocným svalem inspiračním (Dylevský, 2009). 13
2.2.1.7. M. latissimus dorsi Díky tomu, že svalové snopce tohoto svalu se v jedné jeho části upínají na deváté až dvanácté žebro, řadí se tento sval do dýchacích. Při fixované paži zdvihá žebra a stává se svalem inspiračním (Thieme 2006; Číhák, 2011). 2.2.2. Expirační svaly 2.2.2.1. M iliocostalis, m. longissimus, mm. serrati posteriores superiore set inferiores Jedná se o svaly dorzální strany trupu. Avšak musculus serratus posterior superior patří do spinokostálního systému. Jeho svalové snopce začínají od trnovitých výběžků C6 Th2 a upínají se na zevní stranu žeber. Zvedá žebra a tím napomáhá vdechu. Druhý sval m.serratus posterior inferior začíná od thorakolumbální fascie a upíná se na zevní plochu posledních čtyř žeber. Tím stahuje žebra a napomáhá tak výdechu a při fixaci dolních žeber tak napomáhá vydatnější činnosti bránice (Riegrová & Přidalová, 2009). Tyto svaly podporují rozvinutí horní střední oblasti hrudní páteře a přilehlých partií hrudníku. Jsou při nádechu excentricky kontrahovány a páteř pro ně představuje punctum fixum. V dolní oblasti hrudníku se tyto svaly spíše podílí na výdechu. 2.2.2.2. Mm. Intercostales interni Vnitřní mezižeberní svaly tvoří střední vrstvu. Tyto svaly směřují opačně než vnější mezižeberní svaly a to zpředu shora od kraniálnějšího žebra dozadu dolů k následujícímu žebru. Vzhledem ke směru svých snopců táhnou žebra kaudálně, tím udržují rozestupy v mezižebří a napomáhají poklesu žeber jako svaly expirační (Číhák, 2011). Tento sval spolu se m. sternocostales mají malou účinnost, protože se expirační fáze dýchání považuje více za pasivní pohyb. Pokles žeber ve stoji je podporován gravitační silou. Předpokladem je výdech bez odporu otevřenými ústy. Výdechové svaly se uplatňují více při výdechu nosem (Véle, 1997). 14
2.2.2.3. Břišní svaly Břišní svaly jsou uloženy mezi dolním okrajem apertura thoracis inferior a horním obvodem pánve. Musculus rectus abdominis je sval uložený v podobě dlouhého pásu ventrálně při střední čáře trupu. Umožňuje při nádechu vyklenutí hrudní kosti směrem ventrálním. Toto se děje tahem za kaudální konec sterna a přilehlé části hrudníku (Dylevský, 2009). Musculus obliqus abdominis externus umožňuje při nádechu roztažení dolních a později i horních etáží hrudníku. Dochází k tomuto tahem za dolní žeberní oblouky. Je to přímý synergistický antagonista bránice. Musculus obliqus abdominis internus a musculus transversus abdominis tvoří koordinovaný břišní lis spolu s musculus obliqus abdominis externus. Jsou odrazovým můstkem pro uskutečnění nádechu hrudníku (Kováčiková, 1998). 2.2.2.4. M quadratus lumborum Musculus quadratum lumborum je sval, který se nachází po stranách páteře. Tento sval při zpevnění kaudálního úseku je nezbytný pro kontrolovanou fixaci bránice. Dále nastavuje prostřednictvím bederní páteře přesný stupeň relaxace bránice, který je nezbytný při dýchání při mluvení a zpěvu (Dylevský,2009). 2.2.2.5. Svaly pánevního dna Svaly pánevního dna tvoří pružný uzávěr. Jedná se o svaly m. levator a m. coccygeus. Při inspiriu stoupá v dutině břišní tlak s tendencí vytlačit útroby z pánve ven a tomu brání m.transversus abdominis. Spolu s bránicí působí tyto svaly jako oporná báze pro respirační pohyby (Véle, 2006). 15
2.2.3. Vztah bránice a břišních svalů Bránice pro svou dobrou funkci potřebuje spolu-aktivitu i dalších svalů. Bránice a břišní svalstvo pracují ve vzájemné partnerské závislosti. Bránice a břišní svalstvo jsou vždy v aktivní kontrakci, ale jejich aktivita se vzájemně mění. Během nádechu se tonus bránice zvyšuje, zatímco tonus břišního svalstva se snižuje. Při výdechové fázi je celá situace opačná. Z tohoto důvodu existuje mezi bránicí a břišním svalstvem rovnováha, která se posouvá v obou směrech a která zaručuje plynulou respirační funkci. Toto je antagonisticko synergistický základ těchto svalů (Kapandji, 1974). 16
2.3. ÚNAVA DÝCHACÍCH SVALŮ Definice únavy dýchacích svalů je charakterizována jako stav, kdy při svalové zátěži dochází k reverzibilní ztrátě schopnosti svalu uskutečnit sílu nebo rychlost kontrakce (Paleček, 1999). Dýchací svaly stejně jako kosterní svalstvo se mohou unavit. Jsou nezbytné pro zabezpečení ventilace, k nádechu a usilovnému výdechu. Jako každý sval potřebuje dostatečný přísun kyslíku ke svému metabolizmu a funkci, produktem je pak oxid uhličitý. (Vokurka, 2008). Nadměrná dechová práce vede k únavě svalů. Práce dýchacích svalů může být zvýšena následkem změněných mechanických vlastností ventilačního aparátu např. při pneumonii a plicním edému, někdy i dlouhodobě při plicní fibróze či chronické bronchitidě. Spotřeba kyslíku dýchacímu svaly pak může být mnohonásobně zvýšena (Nečas, 2003). Významnou úlohu při vzniku únavy dýchacích svalů má svalový reflex, který vyvolává svými regulačními systémy hypoventilaci, aby nedošlo k selhání dýchacích svalů. Toto centrální ovlivnění je nazýváno jako centrální únava. V klinických podmínkách lze jen těžko odhalit, zda se jedná o svalovou slabost nebo únavu (Paleček, 2011). Klinicky se projeví rychlým mělkým dýcháním, paradoxním pohybem bránice a břišní stěny, která se během inspiria vtahuje, místo aby se vyklenovala (Nečas, 2003). Svalovou slabostí se rozumí stav, kdy je snížena schopnost odpočinutého svalstva vytvářet sílu. Na rozdíl od únavy jde o stav, který vyžaduje aktivaci reparačních dějů po relativně dlouhou dobu. Ke svalové slabosti vedou nervosvalová onemocnění nebo poruchy výživy (Paleček, 2001). 17
2.4. STAVBA A FUNKCE HRUDNÍKU 2.4.1. Hrudní koš Hrudník (thorax) tvoří horní část trupu. Má přední část hruď neboli prsa (pectum) a záda (dorsum). Kostru hrudníku tvoří 12 hrudních obratlů, 12 párů žeber a hrudní kost. Tyto kosti jsou spolu spojeny vazy, chrupavkami a klouby. Spolu se svaly ohraničují hrudní dutinu (cavitas thoracis). Kostra hrudníku má tvar oploštělého komoleného kužele. Tvar hrudníku ovlivňuje průběh a zakřivení žeber (Kolář, et al. 2009, & Dylevský, 2009). V dospělosti může být tvar hrudníku charakterizován astenickými tvary s výrazným předozadním oploštěním, svěšenými žebry a úzkými mezižeberními prostory. Opakem astenického hrudníku je soudkovitý typ. Pro soudkovitý typ hrudníku jsou typické tyto rysy: horizontálně probíhající žebra se širokými mezižeberními prostory. Hrudník je jakoby v inspiračním postavení a má malou ventilační výkonnost na rozdíl od astenického typu, který se vyznačuje dobrou ventilační výkonností a značnými rozdíly délky obvodu hrudníku při vdechu a výdechu (Kolář, et al. 2009, & Dylevský, 2009). Hrudník má dvě základní funkce: Vytváří elastickou, prostornou a pevnou schránku pro srdce, plíce, velké cévy, jícen a další orgány mezihrudí, dále tvoří oporu pro svaly, které zabezpečují dýchací pohyby i při současných pohybech hrudní páteře (Dylevský, 2009). Hrudník dále tvoří punctum fixum pro svaly s převodním vlivem na horní a dolní končetiny. Pohyblivé složky zabezpečují dýchací pohyby za fyziologické situace bez souhybu hrudní páteře (Kolář, a kol., 2009). 18
2.4.2. Spojení na hrudníku Hrudník je spojen articulationes costovertebrales, articulationes sternocostales a interchondrales. Articulationes costovertebrales spojují dorzálně žebra s páteří. Toto spojení je dvojí: articulationes capitum costarum, spojující hlavice žeber s těly obratlů. Articulationes costotransvesrsariare, spojující hrbolky žeber s příčnými výběžky obratlů (Riegrová & Přidalová, 2009; Dylevský, 2013). Spojení žeber se sternem se říká articulationes strenocostales. A v neposlední řadě vzájemné spojení chrupavek 7. 10. žebra se nazývá articulationes onterchondrales (Riegrová & Přidalová, 2009; Dylevský, 2013). 2.4.3. Pohyby žeber Podle Dylevského (2006) a Kolář a kol. (2009) mají pro pohyb žeber zásadní význam jejich zakřivení. Jsou totiž zakřivena trojím způsobem: plošně na obvodu hrudníku, podle dolní hrany (žebro položené na hranu se dotýká podložky jen ve dvou místech), torzí žebra (zevní plocha žebra stojí vzadu svisle, vpředu je obrácena šikmo vzhůru a dopředu). Žebra se pohyblivě spojují s páteří a s hrudní kostí. (Dylevský, 2006) Žebra jsou spojena s páteří - artt. costovertebrales a představují spoje žeberních hlaviček s těly obratlů a spoje žeberních hrbolků s příčnými výběžky. Žebra spojena s hrudní kostí - artt. sternocostales, zajišťují kloubní spojení žeberních chrupavek se zářezy na okrajích hrudní kosti. Tyto typy kloubů mají tuhá pouzdra a tak nedovolují velké pohybové exkurze. Spojení mezi chrupavkami 19
6. 10. žebra tvoří artt. interchondralesm, která slouží k připojení nepravých žeber k chrupavkám předchozích žeber (Dylevský, 2006). Žebra se při pohybech hrudníku během dýchání zdvihají a klesají kolem osy jdoucí ze středu hlavice žebra šikmo dorzolaterálně do konstransverzálního kloubu. Pohyb je veden kolem osy jdoucí krčkem žebra. Přední konce žeber se zvedají zároveň se sternem, a tak v předozadním směru zvedají dutinu hrudní. Tento pohyb je nejvydatnější u 6. -8. žebra. První tři páry žeber se pohybu moc neúčastní. Osa žeberního krčku se u dolních žeber sklání dozadu a zevně. Proto se při pohybu dolních žeber dutina hrudní rozšiřuje i v příčném směru (Dylevský, 2006; Kolář, a kol. 2009). Zvětšování dutiny v předozadním směru je tzv. horní dýchání, zvětšováním v příčném směru mluvíme o dolním typu dýchání (Dylevský, 2006; Kolář, a kol. 2009). Při fyziologickém pohybu se hrudní kost pohybuje dopředu nikoli kraniálně. Dále se zapojují všechny hlavní dýchací svaly (bránice a mezižeberní svaly bez účasti pomocných dýchacích svalů). Dutina hrudní se po aktivaci bránice a mezižeberních svalů zvětšuje dopředu a vlivem zakřivení žeber i do stran. Při předozadním pohybu sterna probíhá jeho pohyb ve sternoklavikulárním skloubení. Bránice je aktivována bez pomocných dýchací svalů ((Kolář, a kol. 2009). Při nefyziologickém vertikálním pohybu hrudníku probíhá dýchání a během stabilizace pohyb v akromioklavikulárním kloubu (Kolář, a kol. 2009). 20
2.5. FYZIOLOGIE DÝCHÁNÍ Dýchání se dělí na vnější a vnitřní z fyziologického hlediska na rozdíl od fyzioterapeutického, kdy se dělí na brániční dýchání a kostální dýchání. Nebo se může dělit dýchání na dýchání relaxační klidové nebo energické dýchání, prováděné při zátěži (Dylevský, 2009; Muscolino, 2011). Vnějším dýcháním se rozumí plicní respirace, čili přenos kyslíku a oxidu uhličitého přes alveolární membránu. Vnitřní dýchání chápeme jako výměnu kyslíku a oxidu uhličitého mezi tkáněmi a krví tedy tkáňová respirace (Ganong, 1999). Při bráničním dýchání se sternum pohybuje ventrálně bez vertikálního souhybu. Pohyb se děje ve sternoklavikulárním skloubení. Při kostálním dýchání se sternum pohybuje kraniálně a pohyb je uskutečněn pomocí akromioklavikulárního skloubení (Kolář, et al. 2009). Pro činnost organizmu je potřebná energie. Organizmus ji získává postupným štěpením jednotlivých živin, při kterém se spotřebovává kyslík a tvoří se oxid uhličitý. Obohacování krve kyslíkem a odevzdávání oxidu uhličitého je základní funkcí dýchacího systému. Tato plynová výměna probíhá v plících na alveolokapilární membráně (Rokyta, 2009). Výměna dýchacích plynů mezi plícemi a zevní atmosférou je zajišťována plicní ventilací, difuze umožňuje výměnu kyslíku mezi plicními alveoly a krví a krev v oběhovém systému zprostředkuje transport dýchacích plynů mezi plícemi a tkáněmi. Pro správnou funkci dýchání je důležitá souhra několika dějů (Muscolino, 2011, & Rokyta, 2009). Ventilace umožňuje výměnu vzduchu mezi zevním a vnitřním prostředím a alveolárním vzduchem. Při klidovém dýchání se u dospělého člověka dostane do plic asi 500 ml vzduchu, tato hodnota představuje dechový objem, značený VT. Z tohoto objemu se dostane 250 350 ml 21
do alveolů. Zbytek 150 250 ml zůstává v prostoru dýchacích cest a na výměně vzduchu se přímo nepodílí. Tento prostor označujeme jako anatomicky mrtvý prostor (Rokyta, 2009). Zapojením pomocných vdechových svalů je možné po ukončení klidového dýchání vdechnout ještě 3 litry vzduchu, což nazýváme inspirační rezervní objem (IRV). Stejně tak je možné vydechnout ještě po klidovém výdechu 1,7 litru vzduchu, tomu říkáme expirační rezervní objem (ERV). Po maximálním výdechovém úsilí zůstává v plicích asi 1,2 litru vzduchu, tzv. reziduální objem (RV) (Rokyta, 2009; Langmeier a kol., 2009). K posouzení ventilace slouží spirometrie, kterou měříme některé plicní kapacity, statické a dynamické plicní objemy (Rokyta, 2009; Langmeier a kol., 2009). Vedení vzduchu systémem dýchacích cest až k plicním alveolům říkáme distribuce. Koncentrace plynů, kyslíku a oxidu uhličitého, ve vzduchu se vyjadřuje hodnotou parciálního tlaku. Ta část inspirovaného vzduchu, která se dostane do alveol, je rozhodující pro alveolární ventilaci a pro složení alveolárního vzduchu (Kittnar a kol., 2011; Rokyta, 2009). Difuze je výměna dýchacích plynů mezi alveoly a krví, později krví a tkáněmi. Podmínkou difuze jsou koncentrační a tlakové gradienty plynů (Rokyta, 2009). Při perfuzi dochází k prokrvení plic a tkání. Jedná se o specificky uzpůsobený systém průtoku krevními cévami pro přenos plynů perfuze, plicní cirkulace. Plíce mají oběh nutritivní, který slouží k výživě plicní tkáně. Přivádí do plic okysličenou krev. Funkční oběh plic se liší od cirkulace systémové. Rozdíl je dán nízkým tlakem a odporem v plicním a krevním řečišti a odlišnou regulací krevního průtoku (Kittnar a kol., 2011; Rokyta, 2009). Při klidovém dýchání, kdy dechový objem činí u dospělého člověka 400-500 ml vzduchu, je dechová frekvence 15 16 cyklů za minutu (střídání nádechu s následovaným výdechem), kdy výdech je 3krát delší než nádech (Kittnar a kol Rokyta, 2009). 22
2.6. MECHANIKA DÝCHÁNÍ Hrudník a plíce jsou pružné struktury, které na sebe naléhají. Hrudník koš je vystlán pohrudnicí (parietální pleurou) a povrch plic je pokryt poplicnicí (viscerální pleurou). Intrapleurální prostor je vystlán vrstvou pleurální tekutiny, která umožňuje snadné klouzání membrán přes sebe při změnách objemu plic, čímž se snižuje tření a snižuje se odpor dýchacího systému (Slavíková, & Šviglerová, 2012). Hrudník a plíce jsou uzavřeným systémem. V klidové poloze působí na plíce síla elastického napětí plicní tkáně a síla povrchového napětí v aleolech. Tyto síly působí dovnitř a smršťují plíce směrem k hilům. Výsledkem protichůdných sil je, že plíce a hrudník jsou od sebe odtahovány. Uvedené síly určují objem hrudníku a plic a tím i objem vzduchu v plících (Slavíková, & Šviglerová, 2012). Při klidovém dýchání se objem hrudníku a plic zmenší, protože ustane činnost vdechových svalů. V plících stoupne tlak na hodnotu vyšší, než je tlak atmosférický. Vzduch tak proudí dýchacími cestami do okolního prostředí, než se tlak vyrovná. Tlak v dutině hrudní je nižší než atmosférický, protože nekomunikuje s okolním prostředím (Langmeier a kol., 2009). Z fyzioterapeutického pohledu dělíme pohyby hrudníku na dvojí. Jednak jsou vázány na pohyby páteře a jednak probíhají v kostovertebrálních kloubech nezávisle na pohybu páteře. Dýchací pohyby slouží ventilaci plic, ale mají vliv i na posturální funkci a držení těla. Rozdělení hrudníku na dva sektory se opírá o odlišný pohyb dolních a horních žeber. Díky klinickému rozlišení těchto pohybů můžeme vyhodnotit kvalitu dechových a stabilizačních funkcí. Tyto pohyby jsou závislé na koordinaci při zapojení svalů (Dylevský, 2009). Při anteflexi hrudní páteře se hrudník oplošťuje, klesají žebra a mezižeberní prostory se zužují. Orgány břišní dutiny se vtlačují do hrudní dutiny a vytlačují před sebou bránici. Hrudník se tak dostává do expiračního postavení. Při retroflexi hrudní páteře se děj obrací, tzn. hrudník je v inspiračním postavení. Pohyby hrudní páteře ovlivňují dynamiku dýchání. Konstrukční 23
předpoklady pro realizaci dýchacích pohybů jsou tvořeny tvarem hrudníku, stavbou a spojením jednotlivých kostí (Dylevský, 2009). 2.7. DECHOVÁ PRÁCE Dýchací pohyby mají dvě hlavní fáze: inspirium (nádech, vdech) a expirium (výdech). Při dechovém cyklu dochází k plynulému střídání těchto dvou fází. Tyto fáze jsou ještě doplněny o preinspirační fázi a preexpirační fázi (Véle,1997). Preinspirum je krátká pauza na konci výdechu před nádechem. Výdech má inhibiční vliv na svalovou aktivitu posturálně- lokomočního systému. Jeho účinek lez zvýšit tím, že zadržíme dech před inspirací. Preinspirium trvá asi 250s (Véle, 2006). Preexpirium je krátká pauza po skončení nádechu před výdechem. Nádech má excitační vliv na svalovou aktivitu posturálně- lokomočního systému. Lze ho zvýšit zadržením dechu před expirací (Véle, 2006). Inspirium je zahájeno kontrakcí inspiračních svalů, které vede ke zvětšení objemu hrudníku. Tlakový gradient mezi plícemi a atmosférou způsobuje proudění vzduchu do plic (Slavíková & Švíglerová, 2012). Véle (2006) uvádí, že inspirium začíná v břišním sektoru. Bránice snižuje aktivně klenbu, stlačuje útroby, nitrobřisní tlak stoupá a břišní stěna se vyklenuje. Dolní žebra se rozvíjejí do stran a páteř přitom mírně extenduje. Hrudní dutina se zvětšuje a tím klesá tlak a vzduch proudí do plic. Pohyb bránice se zpomalí, protože narůstá tlak v dutině břišní. Na zvýšení tlaku se podílí bránice, svaly břišní stěny a pánevního dna. Následuje stabilizace bederní páteře, díky nárůstu nitrobřišního tlaku. Aktivita se přesouvá do oblasti dolního hrudníku. Ten se rozvíjí rozevíráním dolních žeber do stran aktivitou interkostálních svalů podporovaných podle Kapandjiho (1974) i činností bránice. Nakonec se pohyb šíří i do horního dýchacího sektoru. Zvedají se horní žebra a hrudník se rozšiřuje do stran. Při nedostatku vzduchu spojeném se vzrůstající nárokem na ventilaci plic se aktivují i pomocné svaly inspirační, který zvětšují objem hrudní dutiny, aby do ní proudilo více vzduchu. 24
Výdech probíhá podobně. Napětí ve svalech klesá, hrudník se zmenšuje, bránice se opět vyklenuje a vzduch proudí z plic ven (Véle, 2006). Dechová práce je nutná k překonání elastických a proudových odporů dýchání. Tato práce je vykonávána dýchacími svaly a je dána součinem změny plicního objemu a změnou interpleurálního tlaku, který je k této změně plicního objemu potřebný. (Rokyta, 2008) Dechová práce překonává: Elasticitu plicní tkáně, jedná se o statickou část dechové práce. Protože při jejím vynaložení nezáleží na rychlosti změny objemu plic. Dechová práce bude tím menší, čím bude poddajnost plic větší. Více poddajná plíce představuje pro inspirační svaly menší práci. Proudový odpor kladou dýchací cesty. Jedná se o dynamickou složku práce, která je závislá na rychlosti proudu vzduchu a klesá s klesajícím odporem dýchacích cest (Rokyta, 2008). Při klidovém nádechu vykonaná práce odpovídá překonání elastických sil plic a proudového odporu dýchacích cest. Při klidovém výdechu je to práce vynaložená jen k překonán plicních a proudových odporů (Rokyta, 2008). Intenzita frekvence dýchacích pohybů stoupá přímo úměrně potřebám krevního zastoupení, které zajišťuje cirkulační aparát řízený rytmem srdeční činnosti závislým na energetických nárocích organizmu. Dále frekvenci a rozsah dýchacích pohybů ovlivňují psychika, humorální reakce při zánětech nebo infekcích (Véle, 2006). Z fyzikálního hlediska dechová práce závisí na množství ventilovaného plynu a na tlacích, které musí být vytvářeny činností dýchacích svalů k překonání statických a dynamických ventilačních odporů (Nečas, 2003). 25
Obrázek 1. Proces dýchání. (Anonymous, 2010). 26
2.8. KINEMATICKÁ ANALÝZA Pro hodnocení lidského pohybu je důležitý jeho přesný záznam. Kinematická analýza popisuje pohyb tak, jak jej vidíme v okamžiku jeho provedení. Avšak pro dosažení maximální míry objektivity hodnocení je stěžejní dokázat tento pohyb přesně zaznamenat a kdykoli znovu zopakovat. Tato hodnotící technika se uplatňuje především v situacích, kdy je velmi obtížné registrovat technické rozdíly pouhým okem. Pohyb je z fyzikálního hlediska chápán jako změna souřadnic v určitém časovém rozpětí (Sebera, Joukal & Zvonař, 2007; Soumar, 2011). Pohyb v kinematické analýze je posuzován bez ohledu na síly, které jej způsobují. Průběh pohybu vychází z určení závislosti dráhy na čase, ze které je odvozena závislost pro rychlost a zrychlení. Podle charakteru pohybu segmentů lidského těla se využívá analogická triáda úhlové veličiny, kdy ze závislosti úhlu na čase je odvozena úhlová rychlost a úhlové zrychlení (Anonymous, 2009). 2.8.1. Kinematické zkoumání pohybu Kinematické zkoumání pohybu spočívá ve studiu pohybu z hlediska kinematiky. Znamená to, že průběh pohybu se analyzuje jako prostorová změna cvičence, částí jeho těla nebo náčiní v čase. Při tomto zkoumání jsou základními veličinami dráha, úhlové změny jako prostorové charakteristiky pohybu a čas trvání pohybu. Kinematické zkoumání pohybu umožňuje poznat kinematickou strukturu pohybu cvičence. Na základě existujících modelů pohybu a s použitím poznatků z biomechaniky, je poté možné posoudit jeho technickou připravenost (Koniar & Leško, 1990). 2.8.2. Segmenty lidského těla Lidský pohybový aparát se skládá z jednotlivých částí těla (tělních segmentů), které je možné za cenu určitého zjednodušení považovat za tuhá tělesa. Tuhé těleso nemění při pohybu účinkem působících sil svůj tvar ani objem. Ovšem ve skutečnosti se při pohybu lidského těla s dokonale tuhým tělesem nesetkáme, protože působící síly vždy deformují tvar jednotlivých tělních segmentů a mění se i poloha jednotlivých segmentů vůči sobě (Soumar, 2011). 27
Počet segmentů stanovujeme dle typu řešené úlohy. V biomechanice je používán 14 segmentový model lidského těla. Tento model rozděluje tělo na tyto segmenty: hlava a krk, trup a párové segmenty nadloktí, předloktí, ruka, stehno, bérec, noha. Pro další zjednodušení, jsou segmenty nahrazeny přesně definovanými geometrickými útvary. Pokud chceme definovat některé charakteristiky pohybu lidského těla a provádět potřebné výpočty, musíme celé lidské tělo nahradit jedním hmotným bodem. Za tento hmotný bod volíme těžiště lidského těla. Těžiště je bod, ve kterém se nachází působiště tíhových sil. Při základním anatomickém postavení (stoj spojný, patě volně podél těla, dlaně vpřed) se toto těžiště nachází v malé pánvi asi 4-6 cm před promotoriem (vyklenutí horní části křížové kosti v oblasti vchodu do malé pánve). Se změnami polohy těla se mění i poloha těžiště, v některých polohách nacházíme těžiště i mimo vlastní tělo (Janura & Zahálka, 2004). 2.8.3. Přístupy kinematické analýzy analýzu. Při analýze pohybu rozlišujeme dva základní přístupy: kvalitativní a kvantitativní Kvalitativní analýza popisuje a hodnotí pohyb bez měření konkrétních fyzikálních veličin. Je tedy zřejmé, že jsou zde kladeny menší nároky na technické a přístrojové zabezpečení. Tato metoda přináší řadu důležitých poznatků, ale neumožňuje přesné určení výstupních veličin (Janura & Zahálka, 2004). Kvantitativní metody jsou takové metody, jejichž výsledkem je číselná hodnota. Jsou zde vyšší nároky na lepší materiální vybavení. Pokud je měřeným parametrem síla, bavíme se o analýze dynamické. Pokud pohyb zkoumáme bez ohledu na jeho příčiny (síly), pohybujeme se v oblasti analýzy kinematické. Základní parametry kinematické analýzy jsou dráha a úhel v závislosti na čase (Janura & Zahálka, 2004). 28
2.8.4. Kinematické metody Existuje celá řada přístrojů, pomocí kterých lze zkoumat pohyb těla a jeho částí. Některé z nich si popíšeme v následujících odstavcích. Pomocí goniometrie měříme relativní rotaci v daném kloubu. Měří se velikosti úhlových změn v závislosti na čase. segmentu. Akcelerometrie využívá akcelerometry pro přesné měření zrychlení pohybujícího se Pro vytvoření pohybové sekvence využíváme metodu stroboskopie, při které je využíván specificky upravený fotoaparát tak, že po otevření závěrky rotuje před objektivem disk s otvory. Tím dochází k střídavému ozáření pole s fotocitlivou vrstvou (Janura & Zahálka, 2004; Svoboda & Janura, 2010). Dalším zařízením jsou akustické senzory. Tyto senzory jsou umístěny na tělo jako zdroj zvuku. Zvuk je snímán citlivými mikrofony a vzhledem ke znalosti přesné rychlosti zvuku jsme schopni vypočítat přesnou polohu zkoumaného bodu (Janura & Zahálka, 2004; Svoboda & Janura, 2010). Zařízení, které využívá optické senzory pro určení souřadnic sledovaných bodů, lze využit pro optoelektronické snímání pohybu. Jedná se o moderní přístroje, díky kterým hodnotíme komplexní segmenty pohybů lidského těla. Metoda funguje tak, že na vhodně vybraná anatomická místa na lidském těle jsou umístěny zdroje záření. Tyto zdroje mohou být aktivního nebo pasivního charakteru. Aktivní značky vysílají signál, jenž je zaznamenáván pomocí speciálních kamer nebo jiných adekvátních zařízení. Pasivní značky jsou kontrastní vzhledem k pozadí, na kterém je umístěna a signál odrážejí. Hlavní výhodou je automatické hodnocení polohy kontrastní značky v prostoru s vysokou přesností. Nevýhodou je, že tyto systémy lze obtížně využít mimo laboratorní podmínky kvůli velkému množství rušivých elementů (Janura & Zahálka, 2004; Svoboda & Janura, 2010). 29
Mezi optoelektronická zařízení patří i Vicon MX. Vicon využívá standartní modely pro měření analýzy chůze PlugInGait (pánev a dolní končetiny) a Plug In Gait Full Body (hlava, hrudník, horní končetiny, pánev, dolní končetiny). V modelu jsou definovány vstupní (soubor značek, antropometrické charakteristiky) a výstupní (časově-prostorové parametry, úhly v kloubech) parametry (Janura & Zahálka, 2004; Svoboda & Janura, 2010). 2.8.5. Videografická vyšetřovací metoda Metoda je založena na vyhodnocení záznamu pohybu pomocí určení souřadnic vybraných bodů na sledovaném objektu (na lidském těle). Mezi základní výhody, které jsou charakteristické pro využití videozáznamu při analýze pohybu, patří: možnost záznamu pohybu bez rušivých vlivů na sledovaný subjekt, záznam pohybů prováděných velkou rychlostí, opakované vyhodnocení záznamu i po delším časovém intervalu, se zaměřením na další faktory, dostupnost záznamových a měřících zařízení (kamer). 2.8.6. Záznam pohybu Pro záznam pohybu je nutné brát v potaz několik faktorů: vzdálenost kamery od sledovaného pohybu, prostorové možnosti pro záznam pohybu, světelné podmínky, pozadí za objektem, vlivy počasí. Při 2D analýze by měla optická osa kamery protínat sledovaný úsek v jeho středu. Dále musí být kamera umístěna tak, aby její optická osa byla kolmá k rovině sledovaného pohybu. Pokud by došlo k vychýlení kamery od tohoto směru, mohlo by dojít k nepřesnostem ve velikosti naměřených parametrů (Anonymous, 2009). 30
Umístění kamer pro 3D analýzu, abychom získali souřadnice bodů, je nutnou podmínkou jeho viditelnost na záznamu minimálně ze dvou kamer. Tomu musí odpovídat rozmístění kamer. Pro většinu pohybů je nemožné splnit výše uvedenou podmínku, a proto je potřeba zvýšit počet kamer, které jsou použity pro záznam pohybu. Při možnosti volby je vhodné využít takové rozmístění kamer, kdy je úhel mezi optickými osami blíží 90 (Anonymous, 2009). 2.8.7. Umístění značek při 3D kinematické analýze Abychom zvýšili kvalitu vyhodnocených údajů a urychlili proces vlastního vyhodnocení záznamu, je nutné označit vybrané body na sledovaném objektu. V terénních podmínkách však značky využívat nebudeme, v laboratorních pak ano (Janura & Zahálka, 2004). Pro označení bodů na lidském těle, které slouží pro určení vybraných segmentů, je v první fázi nezbytná palpace odpovídajících kostěných struktur. Jejich projekcí na povrch těla získáme místo pro připevnění značky. Základním problémem, který vzniká v průběhu pohybu, je posun těchto značek způsobený posunem měkkých tkání, nacházejících se mezi kostí a značkou. Velikost těchto změn je nutné posuzovat individuálně, protože tloušťka vrstvy i rozložení tkáně se mohou výrazně lišit (Anonymous, 2009). K sestrojení modelu segmentu je nutné umístit tři body (fyzické či virtuální), které definují proximální a distální část segmentu a frontální rovinu souřadného systému. Minimálně tři nekolineární body jsou nutné pro sledování pohybu segmentu v prostoru se šesti stupni volnosti (Soumar, 2011). Orientace souřadného systému segmentu zpravidla vychází z anatomických os, ale není to pravidlo (Soumar, 2011). Pro kvalitnější a rychlejší vyhodnocení vlastního záznamu je nutné označit sledované body přímo na sledovaném objektu. Tuto fázi vynecháváme jen tehdy, pokud by značky na subjektu mohli nepříznivě ovlivnit provedení pohybu. Samozřejmostí je, použití značek přímo na sledovaném subjektu, při laboratorním zkoumání pohybu (Janura & Zahálka, 2004). 31
Obrázek 2. Příklad umístění bodů po celém těle pro 3D kinematickou analýzu. (Soumar, 2011). Část těla Bod Popis hlava hrudník horní končetiny (pravá i levá) pánev dolní končetiny (pravá i levá) celkem čtyři body jsou obvykle připevněny na čelence, která se umístí na hlavu subjektu tak, aby přední dva body byly na spáncích a zadní dva přibližně ve stejné výšce jako přední C7 processus spinosus T10 processus spinosus Clav incisura jugularis Strn processus xyphoideus slouží pouze k určení pravé a levé strany subjektu a není pravá lopatka zahrnut do žádných výpočtů rameno Acromion loket epicondylus lateralis radii zápěstí A processus styloideus radii zápěstí B processus styloideus ulnae prsty proximální konec třetího prstu spina iliaca anterior superior (pravá i levá) spina iliaca anterior posterior (pravá i levá) stehno koleno kotník pata prsty může být nahrazeno jedním bodem umístěným uprostřed trochanter major osa flexe a extenze malleolus lateralis calcaneus ve stejné výšce jako značka na prstech hlavička druhého metatarsu Tabulka 1. Umístění bodů u modelu PlugInGait FullBody podle Svoboda & Janura (2010). 32
2.8.8. Kalibrace Kalibrace je nezbytná pro určení závislostí mezi reálnými velikostmi a velikostmi získanými ze záznamu. K tomu je nutné, aby součástí záznamu bylo také nasnímání známých bodů v prostoru (body, jejichž vzdálenost je přesně definována). Ty slouží pro stanovení měřítka (převodního vztahu) mezi skutečnou a obrazovou soustavou souřadnic (Anonymous, 2009). 33
3 CÍLE Hlavním cílem diplomové práce bylo zjistit, jestli existuje vztah mezi sílou dýchacích svalů a pohybem vybraných bodů na hrudníku. Dílčími cíli bylo, zjistit jestli existuje vztah mezi silou inspiračních svalů a pohybem hrudníku, a jestli existuje vztah mezi silou expiračních svalů a pohybem hrudníku. 34
4 VÝZKUMNÉ OTÁZKY V1 : Existuje vztah mezi silou inspiračních dýchacích svalů při provedení maximálního nádechu na pohyb vybraných bodu na hrudním koši? V2: Existuje vztah mezi silou expiračních dýchacích svalů při provedení maximálního výdechu na pohyb vybraných bodů na hrudním koši? 35
5 METODIKA VÝZKUMU 5.1. Výzkumný soubor Na výzkumu se zúčastnilo 16 studentek Fakulty tělesné kultury Univerzity Palackého ve věku 19 25 let. Měření probíhalo v biomechanické laboratoři Katedry přírodních věd v kinantropologii. Jednalo se o zdravé ženy, jejichž průměrný věk byl 21, 1 ± 1,7 let a průměrný Body Mass Index (BMI) byl 20,8 ± 2,8 kg/m 2. 5.2. Metody sběru dat Monitorování dýchacích svalů bylo provedeno pomocí přístroje pro měření maximálního nádechového a výdechového ústního tlaku. Jedná se o nástroj MicroRPM (Respiratory Pressure Meter). Jde o neinvazivní testovací metodu hodnotící sílu dýchacích svalů. Díky tomuto přístroji zjistíme výsledky okamžitě na displeji v cm H2O. Na každou probandku byly umístěny reflexní značky na následující místa na těle: akromion (ACL), dolní a horní úhel lopatky (Ainf a Asup), žebra: Rib3 třetí žebro, Rib na vertikální linii, procházející dolním úhlem lopatky, RibO - v oblasti mamilární čáry, výška bodu je dána polovinou vzdálenosti procesus xyphoideus a umbilicus, RibO2 bod leží na axilární čáře, výška bodu je dána polovinou vzdálenosti procesus xyphoideus a umbilicus, sternoclaviculární skloubení (SC). Kinematická data byla nasnímána pomocí systému Vicon MX (Vicon Motion Systems, Oxford, Velká Británie) s krekvencí 200 Hz a následně byl určen pohyb jednotlivých značek v prostoru. Pohyb byl snímán šesti kamerami s infračerveným zářením. 36
Obrázek 3. Přístroj MicroRPM (Anonymous, 2015). 5.3. Průběh testování Vyšetřování probíhalo vsedě. Sed byl vzpřímený s oporou o dolní končetiny. Testovaná osoba si vložila náustek do úst a pevně jej obemkla rty. Na nose byl nasazený nosní klip, aby došlo k zabránění úniku nadechovaného a vydechovaného vzduchu nosem. Pro posouzení maximálního nádechového ústního tlaku vyšetřovaná osoba provedla pomalý dlouhý výdech ústy a následně usilovný nádech ústy. Pro posouzení maximálního výdechového ústního tlaku vyšetřovaná osoba provedla pomalý dlouhý nádech ústy a následně usilovný výdech ústy. Každé měření proběhlo třikrát. Ze tří naměřených hodnot byla využita ke zpracování hodnota nejlepší. 5.4. Zpracování dat Data byla vypracována v programu Vicon Nexus (Vicon Motion systems, Oxford, Velká Británie), Vicon BodyBuilder (Vicon Motion systems, Oxford, Velká Británie) a Microsoft Excel. Pro statické zpracování byl použit program Statistica (StarSoft, Inc., Tulsa, OK, USA). U sledovaných veličin jsme použili základní deskriptivní charakteristiku jako je aritmetický průměr, tak jsme získali průměrnou hodnotu měřených značek na trupu při maximálním 37
nádechu a výdechu. Vedle aritmetického průměru jsme počítali i směrodatnou odchylku pro všechny naměřené hodnoty. Normalita rozložení dat byla ověřena testem Kolmogorov- Smirnov. Pomocí Pearsonova korelačního koeficientu jsme zjišťovali závislost mezi rozsahem pohybu sledovaných bodů a velikosti ústního tlaku. Hladina statistické významnosti byla stanovena na hodnotu α 0,05. 38
6 VÝSLEDKY V této kapitole si popíšeme zpracované výsledky maximálního nádechového (MIP) a výdechového (MEP) ústního tlaku. Hodnoceny byly pouze pokusy, kdy bylo dosaženo nejvyšší hodnoty ústního tlaku (nejlepší pokusy). V tabulkách jsou uvedeny osy, které popisují směr pohybu vybraných bodů hrudníku (tabulka 2). Dále jsou v tabulkách uvedeny maximální a minimální výchylka daných bodů od klidové polohy a celkový rozsah pohybu. Slovně jsou popsány korelace pro r 0,3, která ukazuje na střední nebo velkou závislost. Hladina statistické významnosti pro korelace byla stanovena α 0,05. Pozitivní hodnota a negativní hodnota korelačního koeficientu souvisí se směrem pohybu daných bodů. Tabulka 2. Směry pohybu. Směr Max Min Z nahoru nádech Dolů výdech Y dozadu nádech dopředu výdech X doleva doprava 6.1. Výsledky maximální výdechový tlak (MEP). Při pohybu acromionu (tabulka 3) nevznikly žádné významné parametry při provádění maximálního výdechu v žádném směru pohybu. Tabulka 3. Výchylky v různých směrech pro akromion. Bod Směr Parametr M SD r p Max 13,3 10,8 0,05 0,841 X Min -9,6 8,6-0,15 0,566 Rozsah 23,0 11,3 0,16 0,528 Max 15,7 16,7-0,13 0,608 ACL Y Min -27,7 16,9-0,06 0,808 Rozsah 43,4 15,9-0,07 0,781 Max 32,8 14,8 0,17 0,522 Z Min -17,1 13,7 0,27 0,297 Rozsah 50,0 21,1-0,06 0,825 39
Vysvětlivky: ACL Akromion, X max směr pohybu vlevo, X min- směr pohybu vpravo, Y max- směr pohybu vzad, Y min- směr pohybu vpřed, Z max- směr pohybu nahoru, Z min směr pohybu dolů. Max maximální naměřená hodnota. Min minimální naměřená hodnota. M průměr naměřených hodnot, r korelační koeficient, p - hladina statistické významnosti. Pohyb dolního úhlu lopatky koreluje (střední a velká míra korelace) se sílou dýchacích svalů pouze ve vertikálním směru (tabulka 4). Statisticky významné byly hodnoty korelačních koeficientů pro pohyb směrem nahoru (nádech před maximálním výdechem) a celkový rozsah pohybu. Tabulka 4. Výchylky v různých směrech pro dolní úhel lopatky. Bod Směr Parametr M SD r P Max 8,33 4,40-0,19 0,470 X Min - 6,54 4,73 0,02 0,948 Rozsah 14,87 5,86-0,16 0,546 Max 9,31 8,49-0,05 0,838 Ainf Y Min - 17,15 14,92-0,26 0,321 Rozsah 26,46 12,37 0,27 0,290 Max 14,77 7,67 0,63 0,007 Z Min - 3,73 3,33 0,31 0,226 Rozsah 18,50 7,31 0,52 0,031 Vysvětlivky: Ainf- dolní úhel lopatky, X max směr pohybu vlevo, X min- směr pohybu vpravo, Y max- směr pohybu vzad, Y min- směr pohybu vpřed, Z max- směr pohybu nahoru, Z min směr pohybu dolů. Max maximální naměřená hodnota. Min minimální naměřená hodnota. M průměr naměřených hodnot, r korelační koeficient, p - hladina statistické významnosti. 40
U horního úhlu lopatky byly střední a velké korelace nalezeny opět jen ve vertikálním směru (tabulka 5). Statisticky významná byla korelace v pohybu směrem nahoru při nádechu. Ve směru do strany, dopředu a dozadu byly velikosti korelačních koeficientů nízké. Tabulka 5. Výchylky v různých směrech pro horní úhel lopatky. Bod Asup Směr X Y Z Parametr M SD r p Max 10,6 7,5 0,08 0,763 Min -7,1 5,6 0,20 0,453 Rozsah 17,7 8,2-0,06 0,828 Max 12,2 12,5-0,20 0,449 Min -25,5 21,5 0,00 1,000 Rozsah 37,7 21,1-0,12 0,643 Max 12,5 6,5 0,52 0,032 Min -5,1 5,6 0,40 0,116 Rozsah 17,6 8,6 0,14 0,590 Vysvětlivky: Asup- horní úhel lopatky, X max směr pohybu vlevo, X min- směr pohybu vpravo, Y max- směr pohybu vzad, Y min- směr pohybu vpřed, Z max- směr pohybu nahoru, Z min směr pohybu dolů. Max maximální naměřená hodnota. Min minimální naměřená hodnota. M průměr naměřených hodnot, r korelační koeficient, p - hladina statistické významnosti. Pohyb třetího žebra při provádění maximálního výdechu nevykázal žádnou střední ani velkou korelaci k velikosti ústního tlaku (tabulka 6). Tabulka 6. Výchylky v různých směrech pro třetí žebro v oblasti mamilární čáry. Bod Směr Parametr M SD r p Max 9,1 5,8 0,08 0,774 X Min -7,4 5,6-0,09 0,735 Rozsah 16,5 7,4 0,13 0,632 Max 8,2 9,0-0,15 0,575 Rib3 Y Min -22,7 14,0 0,05 0,846 Rozsah 30,9 13,8-0,16 0,542 Max 38,2 18,7 0,20 0,430 Z Min -15,2 14,3 0,20 0,452 Rozsah 53,4 26,1 0,03 0,894 41