Univerzita Palackého v Olomouci Lékařská Fakulta Srovnání aktivity vybraných svalů kolene při dopředné translaci u mužů a žen pomocí povrchové polyelektromyografie Autorky: Bc. Jana Kolmanová, Bc. Kateřina Krejčová Klinická kineziologie a kinezioterapie
SOUHRN Na souboru 6 zdravých probandů, kteří byli rozděleni do skupin podle pohlaví byly pomocí povrchové elektromyografie zkoumány rozdíly aktivity vybraných svalů při dopředné translaci tibie. Jako simulaci translace jsme zvolili test Motor Control Test na posturografu Neurocom. I když jednotlivé skupiny vykazovaly rozdílné výsledky, podařilo se nám najít určité rysy. Sestavili jsme pořadí svalů podle maximální aktivity. Podle průměrného pořadí maximální aktivity jsme zjistili rozdíly mezi skupinou mužů a skupinou žen. V našem výzkumu ženy nejvíce aktivují m. vastus medialis a nejméně m. biceps femoris, na rozdíl od mužů, kteří tento sval aktivují nejvíce. Nejméně muži aktivují m. vastus lateralis, který u žen vykazuje druhou nejvyšší hodnotu. Klíčová slova: kolenní kloub, Motor Control Test, povrchová polyelektromyografie. 1
OBSAH 1 Úvod 3 1.1 Kolenní kloub 3 1.2.1 Anatomie 3 1.2.2 Stabilizátory kolenního kloubu 4 1.2.3 Časování aktivace stabilizačních svalů 6 1.2 Rozdíl ženského a mužského kolene 7 1.3 Povrchová EMG 7 2 Metodika 9 2.1 Výběr a příprava probanda 9 2.2 Určení dominance končetiny 9 2.3 Měření 9 3 Výsledky 11 3.1 Skupina Z 11 3.2 Skupina M 14 4 Diskuze 19 4.1 Porovnání mužů a žen 19 4.2 Argumentace 19 5 ZÁVĚR 22 6 REFERENČNÍ OBSAH 23 2
1 ÚVOD Jako inspirace k této kineziologické studii nám byl výzkum, který provedla Susan L. Rozzi. Zkoumala, zda je rozdíl mezi mužským a ženským kolenem (Rozzi at al. 1999). Vysvětlení proč se mužské koleno chová jinak než ženské je možné vysvětlit na podkladě teoretických poznatků. Lze to dobře pozorovat na již poraněných kloubech. Všeobecně se udává, že ženy více trpí postižením měkkých struktur kolenního kloubu. Důvody proč tomu tak může být můžeme rozdělit do několika kategorií: 1) anatomické a biomechanické, 2) hormonální, 3) neuromotorické (Mayer, Smékal, 2004). 1.1 Kolenní kloub 1.2.1 Anatomie Kolenní kloub je nejsložitější kloub lidského těla. Jedná se o kloub složený, ve kterém se stýká femur, tibie a patella (Čihák, 2001; Véle, 1995). Skládá se z: - femorotibiálního kloubu mediálního - nosný kloub, který je tvořen mediálním kondylem femuru, mediální plochou tibie a vnitřním meniskem, - femorotibiálního kloubu laterálního - nosný kloub, který je tvořen laterálním kondylem femuru, laterální plochou tibie a zevním meniskem, - kloubu patellofemorálního, ve kterém artikuluje přední plocha femuru a patella a kde se na patellu, jako největší sezamskou kůstku lidského těla, přenášejí síly z extenzorového aparátu (Chaloupka, 2001). Styčné plochy kolenního kloubu však do sebe zcela nezapadají říkáme, že jsou inkongruentní. Tuto inkongruenci vyrovnávají a většinu kloubních ploch proto reprodukují chrupavčité menisky (Dylevský, 2001). Menisky dělí dutinu femorotibiálního kloubu na část femoromeniskální a meniskotibiální. Tím, že zmírňují inkongruenci obou artikulujících kostí, se významně podílejí na stabilitě kloubu. Meniskus medialis je méně pohyblivý než meniskus lateralis, což je dáno celkovou stavbou mediálního femorotibiálního skloubení (mediální plató tibie je 3
konkávní) a fixací menisku. Oba rohy menisku jsou od sebe poměrně dosti vzdáleny a navíc střední část menisku je připevněna pouzdrem k vnitřnímu postrannímu vazu. Tím je meniskus fixován k tibii na třech místech, což značně zmenšuje možnost jeho pohybu (Bartoníček, 1986). Meniskus lateralis pokrývá téměř celou plochu zevního kondylu tibie. Lze říct,že ke fixován jen v jednom místě, protože úpony obou rohů se téměř dotýkají. To společně s dalšími faktory (stavba celé zevní části femorotibiálního skloubení) umožňuje jeho větší pohyblivost. Zevní meniskus vyrovnává inkongruenci artikulujících kostí, které jsou konvexního tvaru. Podílí se tak mnohem více na stabilitě zevní části femorotibiálního kloubu než vnitřní meniskus na stabilitě části vnitřní (Bartoníček, 1986). 1. 2. 2 Stabilizátory kolenního kloubu Stabilitu kloubu zajišťuje tvar kloubních ploch femoru a tibie spolu se statickými a dynamickými stabilizátory. Na souhře těchto tří faktorů závisí stabilita kloubu v různých situacích (také v případě poškození některé struktury, např. ruptura předního zkříženého vazu) (Nýdrle, 1992). Statické stabilizátory Centrální stabilizátory: - přední zkřížený vaz, - zadní zkřížený vaz. Mediální stabilizátory: - mediální postranní vaz, - posteromediální část kloubního pouzdra zesílená úponem m. semimembranosus, - mediální meniskus. Laterální stabilizátory: - laterální postranní vaz, - laterální meniskus, - posterolaterální část kloubního pouzdra, - ligamentum popliteum arcuatum (Chaloupka, 2001; Nýdrle, 1992). Částečně můžeme mezi statické stabilizátory zahrnout i iliotibiální trakt (nejedná se o plně dynamickou strukturu) (Chaloupka, 2001; Nýdrle, 1992). 4
Tyto struktury se podílejí na stabilizaci kolene, aniž by je musel ovládat některý sval. Pochopitelně to neplatí (jako většina tvrzení v medicíně) ve všech případech tahem svalů jsou např. mediální postranní vaz a různé části kloubního pouzdra napínány. Jejich stabilizační funkce však spočívá v jejich mechanické pevnosti (Nýdrle, 1992). Hlavními stabilizačními strukturami v předozadním směru (v sagitální rovině) jsou oba zkřížené vazy. Ligamentum cruciatum anterius (LCA), které se upíná na fossu interkondylaris anterior, podél okraje mediálního kondylu a mezi úpon předního rohu mediálního menisku anteriorně a laterálního menisku posteriorně. Jde šikmo superiorně a laterálně a upíná se k úzkému místu na vnitřní straně laterálního kondylu femuru. LCA se skládá ze tří částí: - anteromediální část, která je nejdelší, nejpovrchovější a nejnáchylnější ke zranění, - posterolaterální část, která leží hlouběji a nebývá při částečných poraněních vazu poškozena, - intermediální část (Kapandji, 1991). Jako celek je vaz stočený, takže anteriorní tibiální vlákna se upínají na femur anteriorně a inferiorně a posteriorní tibiální vlákna se upínají na femur superiorně. Z toho vyplývá, že vlákna mění svou délku v závislosti na lokalizaci. Dle Bonnela (in Kapandji,1991) je jejich průměrná délka v rozmezí 1,85 3,35 cm. LCA brání posunu tibie směrem dopředu (vůči femuru) (Kapandji, 1991). Ligamentum cruciatum posterius, který jde od zevní plochy vnitřního kondylu femoru do area interkondylaris posterior, zadem kříží přední zkřížený vaz a brání posunu tibie směrem dozadu (vůči femoru) (Chaloupka, 2001). Oba zkřížené vazy též omezují vnitřní rotaci v kloubu tím, že se na sebe navíjejí (Čihák, 2001). V rovině frontální (brání rozevření kloubní štěrbiny) jsou hlavními stabilizačními strukturami na mediální straně mediální postranní vaz a na laterální straně iliotibiální trakt a m. popliteus (Chaloupka, 2001). Dynamické stabilizátory prostřednictvím svalového extenzorového aparátu (m. quadriceps femoris s patellou a lig. patellae). 5
Mediální stabilizátory: - svaly upínající se do pes anserinus: m. sartorius, m. gracilis a m. semitendinosus, - caput mediale m. gastrocnemii. Laterální stabilizátory: - m. biceps femoris, - caput laterale m. gastrocnemii, - m. popliteus, - částečně iliotibiální trakt (je to jen podmíněně dynamická struktura, napínaná m. tensor fasciae latae: částečně se totiž upíná i na laterální kondyl femoru, a proto dynamické působení na laterální straně kloubu je sporné) (Chaloupka, 2001; Nýdrle, 1992). Tyto stabilizátory jsou ovlivňovány svalovým tonem a na svalovém tonu závisí jejich stabilizační efekt (Nýdrle, 1992). Stabilita kolenního kloubu je zajištěna souhrou statických a dynamických stabilizátorů. Pokud souhra selže, jsou statické stabilizátory vystaveny přílišnému stresu a mohou být poraněny. 1.2.3 Časování aktivace stabilizačních svalů Pro dynamickou podporu funkce LCA se musí nejdříve aktivovat hamstringy, poté mm. vasti, a nakonec mm. gastrocnemii. Preaktivace hamstringů je poměrně výrazná a např. při korekci dopředné translace tibie zabírá až 40 % celé stabilizační doby. Tyto poznatky upřesňují a rozšiřují klasickou poučku o tom, že hamstringy jsou agonisty LCA. Platí tedy spíše, že hamstringy jsou agonisty LCA, jen pokud jsou zapojeny do uvedených stabilizačních vzorců a jejich aktivace je optimálně načasována. Pro dobrou stabilizaci je dále nutná vyvážená aktivace mediálních a laterálních hamstringů. Pro kvalitní průběh dynamické stabilizace musí být semisvaly včas a dostatečně aktivovány a výraznější přesun aktivace ve prospěch m. biceps femoris destabilizuje koleno zejména vůči silám vnitřně rotujícím femur oproti tibii. Důležité je vyvážení aktivace m. vastus medialis a. m.vastus lateralis. V neposlední řadě koleno dynamicky stabilizují mm. gastrocnaemii. Tato svalová skupina táhne femur oproti tibii dorzálně za současné komprese kloubu. Pro tuto funkci je klíčová správně rozložená koaktivace s mm. vasti. Předčasná a nadměrná aktivace kvadricepsu oproti mm. gastrocnaemii představuje další rizikový faktor pro poškození LCA. 6
1.2 Rozdíly ženského a mužského kolene Anatomické a biomechanické faktory ženské koleno se liší od mužského větším Q-úhlem. Osa tahu čtyřhlavého svalu při kontrakci směřuje na bérci lehce mediálně. Osa lig. patellae je odkloněna mírně laterálně. Tyto osy svírají poměrně ostrý úhel. Q-úhel můžeme měřit pomocí tří hmatných bodů: spina iliaca anterior inferior, střed čéšky a tuberositas tibiae. Fyziologická hodnota Q-úhlu byla stanovena na 8º-10º. Klinicky se normální hodnoty pohybují okolo 10º (8º-14º) u mužů a 15º(11º-20º) u žen. Za patologii bývá považován úhel přesahující 20º. Dalším faktorem odlišující kolenní klouby je výraznější anteverze krčku femuru vyskytující se u žen a také tendence k větší valgozitě kolenních kloubů u žen. Muži mají menší zevní rotaci tibie. Jiným postavením pevných komponent kloubu dochází k odlišným pákovým systémům, ve kterých svaly kolem kloubu pracují. Hormonální vlivy s rozdílnou hladinou hormonů souvisí stav vazivové tkáně. Pevnost a elasticita kolagenu závisí na poměru progesteron/estrogeny. Jelikož se tento poměr během menstruačního cyklu mění, je také pevnost a elasticita vazivové tkáně jiná než je tomu u mužů. Také nižší hladina androgenů u žen přispívá k diskriminaci ženského kolene, jelikož androgeny mají blahodárný vliv na pevnost a diferenciaci vaziva. Neuromotorické faktory ženské koleno více spoléhá na vazivový aparát. Dynamické stabilizátory jsou proto méně přizpůsobené na zátěž. Reakční časy stabilizačních svalů jsou větší a celková přednastavenost těchto svalů je nižší. V literatuře se též uvádí, že ženy mají nedostatečnou aktivaci hamstringů, což vede k destabilizaci kolenního kloubu (Mayer, Smékal, 2004). 1. 3 Povrchová polyelektromyografie Povrchová polyelektromyografie (pemg) je prostředkem pro kineziologickou analýzu lidského pohybu. Lze ji použít při měření reakce na předem určený podnět, dále pro sledování velikosti aktivace svalů, funkce svalů v čase a únavy svalu. Lze pozorovat začátek, průběh a konec svalové aktivity. Vypovídá o synergii svalů (souhře, aktivace zapojení svalů, timingu svalů). Je nezbytnou součástí komplexní analýzy pohybové činnosti. Výhodou je neinvazivnost a relativně jednoduchý postup provedení detekce. K rizikům patří ovlivnění velikosti elektromyografického signálu v důsledku nerespektování technických požadavků při měření a při zpracování signálu. 7
Povrchová elektromyografie je metoda, která je používaná pro vyhodnocení svalové aktivity při statické nebo dynamické činnosti člověka. Elektromyografický signál vypovídá o aktivitě snímaných svalů. Se zvyšující se silou a rychlostí kontrakce se zvyšuje amplituda elektromyografického signálu. Vztah mezi nimi je obecně označován za kvalitativní. Jinak řečeno pemg umožňuje zjistit, zda je sval aktivní nebo neaktivní, popř. zda je aktivní více či méně. Nelze ovšem určit přesnou velikost změny ve vztahu k síle, protože velikost výsledné síly je dána nejen silou detekovaného aktivního svalu, ale i velikostí pasivních sil. Mezi pasivní síly se řadí tření v kloubu, odporové sily vazů, kloubního pouzdra a kůže, stlačování a protahování interartikulárních svalů apod. Povrchová EMG detekuje akční potenciály z povrchu těla, které vznikají překrytím sumačních akčních potenciálu většího počtu motorických jednotek během svalové kontrakce. Elektrody snímají pouze aktivní svalová vlákna z okolí elektrody, není zachycen signál ze všech motorických jednotek podílejících se na kontrakci. Počet detekovaných motorických jednotek je různý (Rodová, 2002). V oblasti detekce je důležitá elektrodová konfigurace, která je dána velikostí, tvarem, lokalizací elektrod a jejich vzdáleností mezi sebou. Za optimální se považuje vzdálenost mezi elektrodami 10 mm, velikost elektrody šířka 1 mm, délka 10 mm. Obvyklá lokalizace elektrod je ve střední linii svalu přes největší bříško svalu (případně mezi motorický bod a šlachu) s detekčním povrchem orientovaným kolmo k průběhu svalových vláken. 8
2 METODIKA 2.1 Výběr a příprava probandů Naše měření jsme prováděli na šesti zdravých probandech tři ženy a tři muži, studentky a studenti, kteří netrpěli žádnými zdravotními problémy v oblasti pohybového aparátu. Každý proband byl před zahájením měření seznámen s průběhem měření. Probandy jsme rozdělili do dvou skupin podle pohlaví. Do první skupiny (skupina Z) byli zařazeni probandi ženského pohlaví, do druhé (skupina M) mužského pohlaví. Ve skupině žen byl průměrný věk 24,5 let, ve skupině mužů byl průměrný věk 25,3 let. 2.2 Určení dominance končetiny K určení dominance končetiny jsme si vybrali dva typy testu. První z testů obsahoval hypotetický úkol. Proband si měl představit, že má před sebou balon, do kterého má kopnou a trefit daný cíl. Poté byl dotázán jakou nohou do míče kopnul. Druhý test již obsahoval praktický úkol. Proband stál na schodku a měl za úkol seskočit na jednu dolní končetinu. Dolní končetinu, na kterou proband doskočil jsme určili jako dominantní. Ve všech případech se končetina, na kterou proband doskočil shodovala s končetinou, kterou udával jako tu, kterou kopl do míče. Ve všech případech byla dominantní nohou noha pravá. Elektrody jsme proto lepili pouze na pravou nohu. 2.3 Měření K měření jsme použili 16-ti kanálový polyelektromyograf firmy Noraxon, typ Myosystem 1400 a posturograf firmy Neurocom. Elektromyografický signál byl snímán jednorázovými samolepícími povrchovými elektrodami, umístěnými v místě svalového bříška. Před nalepením elektrod jsme kůži v místě nalepení očistili nejprve abrazivní pastou a poté vlhkým ručníkem, nakonec jsme dané místo osušili suchým ručníkem. Po pečlivé palpaci jsme nalepili elektrody, na každý sval dvě ve vzdálenosti 1,5 cm od sebe kolmo na průběh svalových vláken. Zemnící elektrodu jsme umístili na trnový výběžek L 5. Elektrická aktivita byla snímána na 4 kanálech s následujícím uložením elektrod: 1. kanál: m vastus medialis dx. (VM dx.), 2. kanál: m. vastus lateralis dx (VL dx.), 9
3. kanál: m. biceps femoris dx. (BF dx.), 4. kanál: m. gastrocnemius medialis dx. (GM dx.). Dopřednou translaci tibie jsme nasimulovali na posturografu pomocí Motor Control Test. Jelikož se jednalo o zdravé jedince zvolili jsme pouze Large Forward Translation, abychom vyvolaly co největší odezvu vybraných svalů. Výchozí polohou byl stoj na jedné (dominantní) dolní končetině s mírně pokrčeným kolenním kloubem. Každý podtrh byl opakován třikrát. Vizuální záznam synchronizovaný s EMG signálem byl snímán analogovou videokamerou, tento záznam byl pořízen za účelem potvrzení polohy probanda při zpracovávání výsledků. Snímané signály byly zaznamenány programovým systémem MyoVideo. Ke zpracování a vyhodnocení záznamů jsme použily program MyoResearch. Nejdřív jsme označili svaly, které jsme chtěli vyhodnotit, poté provedli rektifikaci a vyhlazení (s RMS 25 ms) záznamu. Dále jsme použili "Standard report", pomocí něhož jsme získali průměrné amplitudy během úseku, ve kterém probíhal podtrh. Použitím stejného reportu jsme určili velikost klidové amplitudy. Na začátku měření jsme snímali klidovou aktivitu po dobu přibližně 20 sekund. Z tohoto úseku jsme vypočítali průměrnou aktivitu (PA) a směrodatnou odchylku (SO) jednotlivých svalů při klidném stoji. Z těchto parametrů jsme vypočítali aktivační hodnotu (AH) podle vzorce: AH = PA + 2 SO. Maximální hodnotu amplitudy jednotlivých svalů během podtrhu jsme vydělili jejich aktivační hodnotou a dostali jsem násobky aktivační hodnoty, se kterými jsme dále pracovali a podle kterých jsme určovali aktivitu jednotlivých svalů. Maximální násobky aktivačních hodnot jednotlivých svalů jsme porovnali u jednotlivých probandů a snažili se najít rozdíly mezi skupinou mužů (M) a skupinou žen (Z). 10
3 VÝSLEDKY 3.1 Skupina Z Proband Z-1 Největší průměrnou maximální hodnotu násobku aktivační hodnoty (Tabulka 1.) u prvního probanda ženského pohlaví vykazoval m. vastus medialis, druhou nejvyšší průměrnou hodnotu vykazoval m. gastrocnemius medialis, po něm následoval m. vastus lateralis a nejnižší svalovou aktivitu jsme naměřili u m. biceps femoris (Graf 1.). Tabulka 1. Maximální hodnoty násobků aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda Z-1. Z-1 mvm dx. mvl dx. mbf dx. mgm dx. 1.pokus 3,158166 1,957836 1,885881 2,038029 2. pokus 3,945718 1,821504 1,38547 2,358225 3. pokus 2,794572 1,963658 1,377489 1,706596 Průměr 3,299485 1,914333 1,549613 2,034283 Graf 1. Průměrné násobky aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda Z-1. 3,5 3 P růměr né násobky ak tivační hodnoty 2,5 2 1,5 1 0,5 m VM m VL m B F m GM 0 Z -1 Proband Z-2 U druhého probanda ženského pohlaví byla situace jiná. Nejvyšší průměrnou maximální hodnotu násobku aktivační hodnoty (Tabulka 2.) vykazoval m. vastus lateralis, druhou nejvyšší hodnotu jsme naměřili u m. vastus medialis, třetí nejvyšší 11
hodnota byla naměřena u m. biceps femoris, nejmenší hodnotu vykazoval m. gastrocnemius medialis (Graf 2.). Tabulka 2. Maximální hodnoty násobků aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda Z-2. Z-2 mvm dx. mvl dx. mbf dx. mgm dx. 1.pokus 4,680578 5,078231 3,109589 1,402269 2. pokus 4,097913 4,891156 3,978082 2,286213 3. pokus 4,152488 4,787982 1,552055 1,500873 Průměr 4,310326 4,919123 2,879909 1,729785 Graf 2. Průměrné násobky aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda Z-2. P růměr né násobk y ak tiva ční hodnoty 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 m VM m VL m B F m GM 0 Z -2 Proband Z-3 Také u třetího probanda byly naměřené hodnoty rozdílné. Nejvyšší průměrné maximum aktivační hodnoty (Tabulka 3.) dosáhl m. gastrocnemius medialis, druhou nejvyšší aktivitu vykazoval m. vastus medialis, třetí nejvyšší hodnota byla naměřena u m. biceps femoris a nejnižší aktivity dosáhl m. vastus lateralis (Graf 3.) Tabulka 3. Maximální hodnoty násobků aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda Z-3. Z-3 mvm dx. mvl dx. mbf dx. mgm dx. 1.pokus 1,953552 1,372768 2,278437 5,514725 2. pokus 2,165027 1,819196 1,433357 8,981978 3. pokus 1,954645 1,580995 1,572226 7,156484 Průměr 2,024408 1,590986 1,76134 7,217729 12
Graf 3. Průměrné násobky aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda Z-3. 8 P růměr né ná sobk y a k tivační hodnoty 7 6 5 4 3 2 1 m VM m VL m B F m GM 0 Z - 3 Souhrn skupiny Z Musculus vastus medialis nejvyšší hodnotu vykazoval v jednom případě, dvakrát vykazoval druhou nejvyšší hodnotu. Musculus vastus lateralis nejvyšší hodnotu dosáhl v jednom případě, jednou třetí nejvyšší hodnotu a v jednom případě nejnižší hodnotu. Musculus biceps femoris nejvyšší hodnotu nedosáhl ani v jednom případě, ve dvou případech vykazoval třetí nejvyšší hodnotu a v jednom případě nejnižší hodnotu. Musculus gastrocnemius medialis nejvyšší hodnota byla naměřena v jednom případě, jednou vykazoval druhou nejvyšší hodnotu a jednou nejnižší hodnotu. Tabulka 4. Průměrné pořadí maximální aktivity daných svalů ve skupině Z. m. VM dx. m. VL dx. m. BF dx. m. GM dx. Z-1 1 3 4 2 Z-2 2 1 3 4 Z-3 2 4 3 1 Průměr 1,67 2,67 3,33 2,33 Podle Tabulky 4. lze tedy skupinu Z charakterizovat následovně: nejvyšší svalovou aktivitu vyvíjel během dopředné translace tibie m. vastus medialis, druhou nejvyšší hodnotu jsme zjistili u m. gastrocnemius medialis, třetí nejvyšší hodnotu jsme naměřili 13
u m. vastus lateralis a nejnižší nárůst svalové aktivity vykazoval m. biceps femoris (Graf 4.). Graf 4. Pořadí svalů podle nárůstu svalové aktivity u jednotlivých probandů skupiny Z a průměrné pořadí. 4 3,5 3 P ořa d í sva lů p od le m a xim á ln í a k t ivit y 2,5 2 1,5 1 m. VM m. GM m. VL m. B F 0,5 0 Z-1 Z-2 Z-3 P růměr 3. 2 Skupina M Proband M-1 Největší průměrnou maximální hodnotu násobku aktivační hodnoty (Tabulka 5.) u prvního probanda mužského pohlaví vykazoval m. gastrocnemius medialis, druhou nejvyšší průměrnou hodnotu jsme naměřili u m. vastus lateralis, třetí nejvyšší hodnota násobku aktivační hodnoty byla naměřena u m. vastus medialis a nejnižší nárůst svalové aktivity byl zjištěn u m. biceps femoris (Graf 5.). Tabulka 5. Maximální hodnoty násobků aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda M-1. M-1 mvm dx. mvl dx. mbf dx. mgm dx. 1.pokus 2,170677 2,457569 1,798984 2,121019 2. pokus 2,477444 2,088303 2,137881 4,458245 3. pokus 2,144361 2,869839 1,734398 3,195329 Průměr 2,26416 2,471904 1,890421 3,258198 14
Graf 5. Průměrné násobky aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda M-1. 3,5 3 Průměrné násobky aktivační hodnoty 2,5 2 1,5 1 0,5 m VM m VL m B F m GM 0 M -1 Proband M-2 Také v případě skupiny mužů byla situace u druhého probanda jiná než u prvního. Nejvyšší průměrný nárůst svalové aktivity (Tabulka 6.) vykazoval m. biceps femoris, druhou nejvyšší hodnotu vykazoval m. vastus medialis, třetí nejvyšší hodnota byla naměřena u m. vastus lateralis a nejnižší hodnoty dosáhl m. gastrocnemius medialis (Graf 6.). Tabulka 6. Maximální hodnoty násobků aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda M-2. M-2 mvm dx. mvl dx. mbf dx. mgm dx. 1.pokus 10,57962 6,837192 22,15262 4,364137 2. pokus 8,584395 8,813352 27,90888 4,478923 3. pokus 4,958599 4,535535 5,186788 4,588197 Průměr 8,04087 6,728693 18,4161 4,477086 15
Graf 6. Průměrné násobky aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda M-2. 2 0 1 8 Průměrné násobky aktivační hodnoty 1 6 1 4 1 2 1 0 8 6 4 2 0 m VM m VL M -2 m B F m GM Proband M-3 U třetího probanda se situace podobala situaci naměřené u druhého probanda. Nejvyšší hodnotu (Tabulka 7.) jsme naměřili u m. biceps femoris, druhou nejvyšší hodnotu vykazoval m. vastus medialis. Třetí nejvyšší hodnotu dosáhl m. gastrocnemius medialis a nejnižší hodnota byla naměřena u m. vastus lateralis (Garf 7.). Tabulka 7. Maximální hodnoty násobků aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda M-3 M-3 mvm dx. mvl dx. mbf dx. mgm dx. 1.pokus 2,718392 2,057519 16,66184 2,1 2. pokus 2,687005 1,781176 8,283414 2,170011 3. pokus 2,183925 2,023451 4,766506 2,226571 Průměr 2,529774 1,954048 9,903918 2,165527 Graf 7. Průměrné násobky aktivačních hodnot jednotlivých svalů u probanda M-3. 1 0 P růměr né násobk y ak tivační hodnoty 9 8 7 6 5 4 3 2 1 m VM m VL m B F m GM 0 M-3 16
Souhrn skupiny M Musculus vastus medialis nejvyšší hodnotu nedosáhl ani v jednom případě, ve dvou případech vykazoval druhou nejvyšší hodnotu a v jednom případě třetí nejvyšší hodnotu. Musculus vastus lateralis nejvyšší hodnotu nedosáhl ani v jednom případě, jednou byla naměřena druhá nejvyšší aktivita, v jednom případě vykazoval třetí nejvyšší aktivitu a jednoho probanda nejnižší hodnotu. Musculus biceps femoris nejvyšší hodnotu dosáhl ve dvou případech, v jednom případě vykazoval nejnižší hodnotu. Musculus gastrocnemius medialis nejvyšší hodnotu dosáhl jedenkrát, jednou vykazoval třetí nejvyšší hodnotu a v jednom případě byla naměřena nejnižší hodnota. Tabulka 8. Průměrné pořadí maximální aktivity daných svalů ve skupině M. m. VM dx. m. VL dx. m. BF dx. m. GM dx. M-1 3 2 4 1 M-2 2 3 1 4 M-3 2 4 1 3 Průměr 2,33 3,00 2,00 2,67 Ve skupině M tedy také můžeme podle Tabulky 8. stanovit pořadí: nejvyšší svalovou aktivitu vyvíjel během dopředné translace tibie m. biceps femoris, druhou nejvyšší hodnotu jsme zjistili u m. vastus medialis, třetí nejvyšší aktivita byla naměřena u m. gastrocnemius medialis a nejmenší nárůst svalové aktivity jsme zjistili u m. vastus lateralis (Graf 8.). 17
Graf 8. Pořadí svalů podle nárůstu svalové aktivity u jednotlivých probandů skupiny M a průměrné pořadí. 4 3,5 3 P ořa d í sva lů p o d le m a xim á ln í a k tivity 2,5 2 1,5 1 0,5 m. B F m. VM m. GM m. VL 0 M -1 M -2 M -3 P růměr 18
4 DISKUZE Na dvou skupinách, ve kterých bylo po třech probandech jsme ověřovali, zda se liší aktivace vybraných svalů u skupiny mužů a žen. Je nutné brát v potaz, že rozsah našeho měření nebyl natolik velký, abychom mohli z naměřených dat vyvozovat obecné závěry platící pro celou populaci. 4.1 Porovnání mužů a žen Jak už bylo uvedeno ve výsledcích, lze i na takto malém souboru pozorovat určité rozdíly jak mezi skupinami, tak i mezi probandy v jedné skupině. Potvrdili jsme si názor Mayera a Smékala, kteří ve svém článku uvádí, že ženy mají menší aktivaci hamstringů než muži. Výsledky naší studie ukazují, že aktivita hamstringů ve skupině mužů je největší z testovaných svalů, kdežto ve skupině žen je aktivita hamstringů v porovnání s ostatními testovanými svaly minimální. Podle průměrného pořadí maximální aktivity jsme zjistili rozdíly mezi skupinou mužů a skupinou žen. V našem výzkumu ženy nejvíce aktivují m. vastus medialis a nejméně m. biceps femoris. Ve skupině mužů je m. biceps femoris nejaktivnější. Nejméně muži aktivují m. vastus lateralis, který u žen vykazuje druhou nejvyšší hodnotu. Lze ovšem pozorovat i určitou podobnost. Ta je lépe pozorovatelná pokud sestavíme pořadí svalů podle velikosti maximální aktivace: Ženy: VM GM VL BF, Muži: BF VM GM VL. 4.2 Argumentace Interindividuální rozdíly Jak už bylo uvedeno v předchozích kapitolách je strukturální a biomechanický rozdíl mezi mužským a ženským kolenem zřejmý. Pokud k těmto rozdílům přiřadíme ještě humorální a neuromotorické faktory byl náš předpoklad, že rozdíly mezi mužským a ženským kolenem, oprávněný. 19
Rozdíly samozřejmě nejsou dány pouze výše uvedenými faktory. Je nutné nezapomenout také na interindividuální rozdíly jednotlivých probandů. Reakce na destabilizační moment je u každého jedince specifická. Podnět, který někdo vnímá jako velice traumatizující a náročný, může jiný člověk vnímat jako lehký a snadný úkol. Zaleží na trénovanosti a celkové aktivitě jednotlivých probandů. U člověka trávicího většinu svého času v relativně statickém prostředí, se snižují adaptační mechanismy na neočekávané situace. Prostředí, ve kterém byla studie provedena, má také vliv na reaktivitu probandů. Jelikož byl použit posturograf s kabinou, může některý jedinec vnímat toto velice těsné prostředí za velice stresující faktor. Reakce tedy mohou být zkresleny také tímto faktorem. Také pokud člověk nepoužívá při svém pohybovém projevu třídimenzionální pohyb, přeměňuje se vnímání somatického a dynamického schématu. U těchto lidí může proto dojít ke změně aktivace jednotlivých svalů, které daný pohyb vykonávají. Vliv na aktivaci svalů má také výchozí poloha. Přestože byla v naší studii výchozí poloha přesně definovaná, každý proband vnímá své tělo jinak, tak i výchozí poloha byla u každého jiná, i když to nebylo na pohled patrné. Ovlivnění elektromyografického záznamu Na vzniku elektromyografického signálu se podílí vetší počet faktorů. Faktory ovlivňující elektromyografický signál nejsou dány pouze fyziologickým rozdílem, ale také metodickým postupem a zpracováním signálu. Fyziologické faktory - počet aktivovaných motorických jednotek, průměr svalových vláken, typ svalových vláken, hloubka detekovaných motorických vláken, množství tkáně mezi svalem a snímací elektrodou (tuková vrstva). Svoji roli hraje také prokrvení nebo množství kyseliny mléčné ve svalu. Všechno se podílí na tvorbě akčních potenciálů a tím i na velikosti výsledného signálu. Jako základní metodický faktor ovlivňující elektromyografický signál patří elektrodová konfigurace. Musí být dodržená zásada stejné velikosti, tvaru, lokalizace a vzájemné vzdálenosti elektrod během celé studie. Roli hraje také příprava terénu pro nalepení elektrod. I přes veškerou snahu nejsou tyto zásady vždy přesně dodrženy. Už jen tím, že je každý proband individuum, není možné měřit vždy za totožných podmínek. Každý 20
člověk má jiné složení těla, a proto výše vyjmenované fyziologické faktory přicházejí v úvahu a je nutné s nimi počítat. Během našeho měření se vyskytovaly problémy především technického charakteru: odlepování elektrod během měření (pocení), nefungující měřící program. Jsme si také vědomy toho, že během měření mohlo dojít k posunu elektrod po kůži, při kterém mohlo dojít k ovlivnění elektromyografického signálu z okolních (blízkých) svalů. Všechny tyto faktory mohli ovlivnit elektromyografický signál a naměřené výsledky mohou být zkresleny. 21
5 ZÁVĚR V naší kineziologické studii jsme se zabývali srovnáním aktivity vybraných svalů kolene při dopředné translaci u mužů a žen. K objektivizaci jsme použili povrchovou polyelektromyografii a destabilizační moment testu MCT posturografu Neurocom. Hodnotili jsme svaly m. vastus medialis, m. vastus lateralis, m. biceps femoris a m. gastrocnemius medialis dominantní dolní končetiny. Měření bylo provedeno na šesti zdravých probandech (3 muži, 3 ženy). Podle průměrného pořadí maximální aktivity jsme zjistili, že ženy nejvíce aktivují při dopředné translaci m.vastus medialis, poté m.gastrocnemius medialis, m. vastus lateralis a jako nejnižší aktivitu vykazuje m. biceps femoris. Kdežto u mužů je to takto: maximální aktivitu odečítáme u m. biceps femoris, následně u m. vastus medialis, m. gastrocnemius medialis, m. vastus lateralis. 22
6 REFERENČNÍ SEZNAM ČÍHÁK, R.: Anatomie 1.Praha, Grada Publishing 2001. BARTONÍČEK, J., DOSKOČIL, M., HEŘT, J., SOSNA, A.: Kolenní kloub. Chirurgická anatomie velkých končetinových kloubů. Praha avicenum 1991. DE LUCA, C.J.: The Use of Surface Electromyography in Biomechanice. The International Society for Biomechanics [online]. [cit. 2006-11-14]. Dostupné na internetu <http://www.health.uottawa.ca/biomech/courses/apa4311/biomec~1.htm> DYLEVSKÝ, I. Et al.: Funkční anatomie člověka, Grada Publishing 2000. HEITZ, N.A.,EISEMANN, P.A.,BECK, C.B., WALKER, J.A.: Hormonal changes troughout the menstrual cycle and increased anterior cruciate ligament laxity in fameles. J.Athletic Training, 34: 144-149, 1999. CHALOUPKA, R.: Vybrané kapitoly z LTV v traumatologii a ortopedii. Brno 2001. KAPANDJI, I.A.: The Physiology of the Joints. The upper extremity. London, Churchill livingstone, 1997. MAYER, M., SMÉKAL, D.: Měkké struktury kolenného kloubu a poruchy motorické kontroly, Rehabilitace a fyzikální lékařství, č.3, 2004. NÝDERLE, M., VESELÁ, H.: Jedna kapitola ze speciální rehabilitace poranění kolenního kloubu, Brno: IDVPZ,1999. RODOVÁ,D.: Hodnocení činnost kosterního svalstva povrchovou elektromyografií. Dizertační práce, Fakulta tělesné kultury, Univerzita Palackého v olomouci, 2002. RODOVÁ,D., MAZER, M., JANURA, M.: Současné možnosti využití povrchové elektromyografie. Rehabilitace a fyzikální lékařství, 4.4 2001,s.173-177. RODOVÁ, D.: Poznámky k aplikaci povrchové elektromyografie vybrané aspekty ovlivňující výsledný EMG záznam. Rehabilitace a fyzikální lékařství, č.2, 2000. ROZZI, S.L., LEPHART, S.M., GEAR, W.S., FU F.H.: Knee-joint laxity and neuromuscular characteristics of male and female soccer and basketball players.american Journal of Sports and Medicin, 27: 312-319, 1999. VÉLE, F.: Kineziologie pro klinickou praxi. Praha, Grada, 1997. 23