Summer Workshop of Applied Mechanics June 2002 Department of Mechanics Faculty of Mechanical Engineering Czech Technical University in Prague Pohybová analýza a analýza svalové činnosti ramenního komplexu Miloslav Vilímek, Aleš Donát Laboratoř Biomechaniky Člověka České vysoké učení technické v Praze Strojní fakulta Technická 4 166 07 Praha 6 e-mail: vilimek@biomed.fsid.cvut.cz Klíčová slova: analýza pohybu, EMG, horní pletenec, Úvod Úkolem tohoto projektu bylo pomocí kinematografické a elektromyografické analýzy určit kinematické charakteristiky pohybu horní končetiny během útočného úderu v odbíjené jejich korelaci s EMG a jejich vliv na komplex ramenní. Pohyb celého komplexu se odehrává ve všech popsaných participujících kloubních spojení, a jeho rozsah je pravděpodobně největší ze všech ostatních lidských kloubů. Paže se může zvedat s rozsahem okolo 180 o, rotovat přibližně do 150 o a v sagitální rovině dosahovat 170 o vých exkurzí. Nejčastěji se jedná o kombinovaný pohyb paže i lopatky, jen tak můžeme dosáhnout maximálního rozsahu celého komplexu. Přibližme si nyní pohyby v jednotlivých komponentách. Uvažujme kosti pletence horní končetiny jako tuhá tělesa (clavicula, scapula, humerus + sternum). Na pletenec ramenní působí jak síly vnější tak vnitřní. Mezi síly vnější počítáme hmotnost horní (m=0.027m) a dolní části (m=0.017m) horní končetiny, ruky (m=0.006m) a hmotnost závaží (quasistatický problém). Zde M (kg) je hmotnost celého těla. Do vnitřní soustavy sil je třeba kromě kontraktilních sil ve svalech zahrnout i síly ve vazech (vazebné síly), kontaktní síly v příslušných kloubech a síly mezi lopatkou a hrudníkem. 231
Vnitřní soustava sil se tedy skládá ze 34 kontraktilních sil příslušných svalů, třech složek výslednice kontaktní síly v ramenním kloubu, síly ve vazu korakohumerálním, třech složek výslednice kontaktních sil v AK a SK kloubu, jakož i horní a dolní reakce mezi lopatkou a hrudní stěnou. Celkem tedy 46 neznámých. Pro podmínky rovnováhy dané silové soustavy platí, že výslednice (vektorový součet) všech vnitřních a vnějších sil a vektorový součet všech momentů ke společnému působišti je roven nule. Zalomený tvar klavikuly je upevněn k hrudní kosti vázaným kloubem a podobně i k lopatce je klavikula zpevněna postraními vazy. Svaly krku, paže a hrudníku zavěšují klavikulu na vrchol hrudní klece. Klavikula dovoluje lopatce, která je rovněž zavěšena v příslušných svalech, prokluzovat a otáčet se na zadní části hrudní klece. Tento uvedený složitý pohyb se nazývá: Humeroskapulární rytmus. Jde o mechanismus, charakteristický pro ramenní pletenec a jeho pohyb do elevace ve frontální rovině. Jedná se o poměr velikosti pohybu ve všech spojích, především pak v glenohumerálním (GH) kloubu (abdukce) a skapulothorakálním (ST) spojením (rotace laterálního úhle nesoucího kloubní jamku kraniomediálně anteverze). Jejich poměr na celkovém pohybu je variabilní. Rotační pohyb lopatky po hrudníku o rozsahu přibližně 60 o se odehrává v ST spojení díky současnému pohybu o stejném rozsahu v kloubu akromioklavikulárním (AK) a sternoklavikulárním (SK). Ty jsou zároveň limitujícím faktorem pro tento pohyb. Při abdukci paže do 90 o je každých 10 o abdukce spojeno se 4 o elevace laterální části klíčku (celkem 36 o ), která se odehrává především v SK kloubu. Ten je následně omezen napětím lig. costoclaviculare, což znamená, že přibližně zbývajících 24 o pohybu lopatky po hrudní stěně musí být spojeno s abdukcí lopatky vůči klíční kosti v kloubu AK. Při této abukci se však napíná lig. coracoclaviculare a jeho tahem rotuje klíček podél své podélné osy. Rotační pohyb klíčku začíná mezi 80 o - 90 o abdukce paže. Celkový rozsah jeho rotace, nutné k plné elevaci, se pohybuje mezi 45 o - 50 o (Bartoníček a kol., 1991 ). Popisovaný mechanismus souhybu lopatky během elevace v ramenním kloubu hraje důležitou roli při zajištění stability v GH kloubu, neboť tlakové síly působící většinou v dlouhé ose humeru mohou díky postupné horizontalizaci kloubní jamky směřovat co nejvíce kolmo k jejímu povrchu, což značně ulehčuje činnost kolem kloubních svalů. 1 Experiment a použitá metodika Při realizaci experimentu byly použité tyto způsoby získávání dat týkajících se pohybových činností a antropometrických charakteristik sledovaného objektu:typy jednotlivých přístrojů a jejich technické parametry včetně příslušenství a nezbytných doplňků byly voleny s ohledem na účel této práce. Všechny předpokládané požadavky na jejich technickou charakteristiku se ukázaly být plně vyhovující a odpovídající kladeným požadavkům. 232
1.1 EMG analýza Pohybová analýza a analýza svalové činnosti ramenního komplexu Byla použita osmikanálová EMG aparatura s telemetrickým přenosem snímaných signálu. Sedmý kanál byl využit pro synchronizační klapku (viz dále) a osmý kanál nebyl zapojen. K měření bylo tedy vzhledem k zvýšení následné kvality záznamu využito pouze 6 kanálů. K vlastnímu snímání pak byla využita bipolární registrace. Snímací frekvence EMG aparatury byla, vzhledem k počtu kanálů (6) a délce měření (10s), 714 Hz. 1.2 Technické vybavení a jeho parametry Povrchové samolepící diagnostické EMG elektrody firmy Dantec typu CARE 610 na jedno použití, předzesilovač EMG 4K, vysílací jednotka telemetrické EMG aparatury s multiplexorem signálu (vysílací frekvence 433,7 MHz, dosah 150 m, výkon 2 mw), přijímací telemetrická EMG aparatura MTR8 s demultiplexorem, dekodérem, filtrem a zesilovačem signálu, Klapka pro synchronizaci videokamer s EMG aparaturou Kabelové spojení, předzesilovač, vysílací i přijímací telemtetrická jednotka a softwaerové vybavení bylo opět od firmy MIE. 1.3 3D kinematografická analýza K videozáznamu byly použity 4 staticky umístěné videokamery, jejichž vzájemná synchronizace i synchronizace s EMG aparaturou byla zabezpečena opět klapkou, a samolepící markery. K potřebnému nasvícení sledovaného objektu a kontrastu prostoru sloužily 3 osvětlovací jednotky. Kalibrace prostoru a rekonstrukce prostorového pohybu byla uskutečněna na teoretickém podkladě tzv. přímé lineární transformace Direct Linear Transformation 1.4 Technické vybavení a jeho parametry 3x digitální kamery SONY DCR-TRV 210E PAL (formát Digital 8, snímková frekvence 25/50Hz), 1x videokamera SONY DCR-TRV 900E PAL (formát mini DV, snímková frekvence 25/50Hz), standardní digitální videopásky SONY (formát Digital 8, mini DV), kalibrační rámec - rozměry 1x1x1, Markery - černé matné samolepící terčíky o průměru 1 cm, 3 osvětlovací tělesa (výkon 2000 W ) Charakteristika sledovaného objektu Pro účely prováděné pohybové analýzy a vzhledem k technické náročnosti celého experimentu byly pro správný výběr sledovaného objektu, kladeny a stanoveny následující základní kritéria vedoucí k jeho vhodné selekci: aktivní hráč odbíjené (smečař), mající správné a dobře zafixované pohybové návyky sledovaného pohybu (volejbalová smeč) 233
Tabulka 1: Výsledky antropometrického měření Tabulka 2: Přehled označených antropometrických bodů normostenický šlachovitý typ s dobře vyrýsovanými a patrnými svalovými skupinami a s co možná nejmenší podkožní tukovou vrstvou, k získání co možná nejvěrnějšího EMG signálu bez předchozích úrazů a momentálních zdravotních obtíží, které by mohly mít negativní vliv na prováděný pohyb Na základě uvedených kritérii byl vybrán hráč národní volejbalové ligy (3. nejvyšší celorepubliková soutěž). Toho času v přestávce mezi soutěží během letní přípravy. Měření bylo na sledovaném objektu provedeno ve stoje, a to na levé horní končetině, která je hráčova dominantní a hráč s ní provádí sledovaný pohyb. Získané antropometrické údaje uvedené v tabulce č. 1, jsou důležité zejména pro určení měřítka na snímku ve vztahu k reálným rozměrům a pro stanovení rozměrových parametrů matematického modelu. Markery byly lepeny na kůži do míst, kde lze poměrně snadno identifikovat přítomnost námi požadovaných povrchově hmatatelných kostních útvarů, které jsou určující pro pohyb celé horní končetiny i komplexu ramenního. Markery byly lepeny tak, aby docházelo k co možná nejmenšímu posunu kůže a podkoží vůči označenému antropometrickému bodu. Označené body jsou uvedeny v tabulce č. 2. Obě povrchové snímací elektrody byly umístěny pokud možno na nejobjemnější část svalového bříška. Jelikož při snímání povrchového EMG se do záznamu promítají také aktivity přilehlých svalů, jejichž signál je elektrodami zachycen, a vzhledem k poměrně nepřehlednému a těsnému uspořádání svalů v oblasti ramenního komplexu, bylo nutné v některých případech elektrody umístit na nejvpovrchověji ulože- 234
Obrázek 1: Schéma experimentálního pracoviště Tabulka 3: Přehled snímaných svalů nou a nejsnadněji dostupnou část svalu. Dalším omezujícím faktorem pro nalepeni elektrod na nejobjemnější část bříška příslušného svalu byla také délka kabelového spojení mezi oběmi snímacími elektrodami a elektrodou referenční. Pro velký záběr poměrně rozměrných elektrod, bylo nutné snímat dvě části jednoho svalu najednou (m. Pectoralis, m. Deltoideus). Referenční elektroda byla vždy umístěna na šlachu úponu příslušného svalu. Všechny elektrody byly lepeny tak, aby nepřekrývaly ani nestínili a jinak zabraňovali dostatečné čitelnosti nalepených markerů. Snímané svaly jsou uvedeny v tabulce č. 3 1. Vzhledem k technické náročnosti celého experimentu bylo měření provedeno pouze na jednom probandovi. Celý pohyb bylo nutné, vzhledem k nalepovacím elektrodám 1 Markrery a elektrody byly označeny a nalepeny na levé horní končetině 235
i markerům a kabelovému spojení, nasimulovat statickými podmínkami. Hráč tedy smečoval ze stoje do míče, který mu byl přidržen v takové výšce a vzdálenosti, které by odpovídali jeho umístění při hráčové výskoku. Mezi zjevné výhody této alternativní metody patří neměnné podmínky. Míč byl trefován stále za stejných podmínek do prostoru v ose úderu. Tím byl nasimulován optimální případ zkoumaného pohybu, který tvoří většinu hráčových útočných úderů. Nevýhodou pak samozřejmě je, že nebereme v úvahu předpětí a zapojení svalů, které může být součástí svalového řetězce, který se aktivuje právě výskokem. Musím se také zmínit o laboratorních podmínkách experimentu, kde nejsou zahrnuty takové aspekty, jako předchozí fyzická i psychická námaha, atmosféra zápasu či tréninku, tlak na hráče apod.. Vzhledem k 6ti volným kanálům EMG aparatury a počtu snímaných svalů (12) bylo nutné rozdělit měření na dvě části. V každé z nich bylo uskutečněno 10 platných pokusů, celkem tedy bylo provedeno 20 pokusů. Do uvedeného nejsou započítány pokusy zkušební, které byly uskutečněny vždy před začátkem obou částí měření. Po prvních deseti pokusech bylo nutné odstranit staré a nalepit nové elektrody, markery zůstaly neměnné při obou provedených měřeních. Před každým pokusem byly současně zpuštěny všechny kamery. Po zaznamenání čísla pokusu (vizuálně i akusticky) se do záběru všech kamer klaplo synchronizační klapkou, čímž došlo k označení začátku videozáznamu a současného zpuštění EMG záznamu. Bezprostředně poté byl hráč vyzván k akci a provedl smečařský úder. Celá akce končila vlastním úderem do míče a následným setrvačným pohybem končetiny. To samé se pak opakovalo. Mezi jednotlivými pokusy byla zkontrolována poloha jednotlivých elektrod i markerů. V případě jejich poškození byl pokus neplatný, destrukce byla upravena do žádoucí podoby a celý pokus se opakoval od začátku. Z 10ti naměřených pokusů v každém měření byly pro následnou analýzu dat vybrány vždy 3 nejvydařenější pokusy, které vykazovaly dostatečnou kvalitu především EMG záznamu, jelikož kvalita videozáznamu byla ve všech případech stejná. Z prvního měření to byly pokusy číslo 8,9,10, z druhého pak pokusy číslo 4,5,6. Pro potřeby naší analýzy byly sledovány kinematické parametry těchto bodů 2 : 3MTC distální hlavička 3. metacarpu PSU processus styloideus ulnae PSR processus styloideus radii EP epicondylus lateralis humeri ACR acrmion C7 C7 2 Všude v následujícím textu budou pro přehlednost uváděny pouze uvedené zkratky těchto bodů 236
2 Výsledky Výchozí polohou HK (t = 0 s) pro zkoumaný pohyb je 0 o flexe (resp. extenze), 0 o rotace a 11 o abdukce v ramenním kloubu. Loketní kloub je mírně pokrčen a zápěstí je v mírné dorzální flexi. Všechny měřené antropometrické body se na začátku pohybu nacházejí ventrálně (+d x(3mtc C7 ) = 23,4 cm, +d x(psu C7 ) = 18,2 cm, +d x(psr C7 ) = 19,6 cm, +d x(ep C7 ) = 8,8 cm, +d x(acr C7 ) = 6,6 cm), distálně (-d y(3mtc C7 ) = 72,1 cm, -d y(psu C7 ) = 63,9 cm, -d y(psr C7 ) = 63,8 cm, -d y(ep C7 ) = 38,5 cm, -d y(acr C7 ) = 4,3 cm) a vlevo (+d z(3mtc C7 ) = 21,4 cm, +d z(psr C7 ) = 23,2 cm, +d z(psu C7 ) = 18,1 cm, +d z(ep C7 ) = 27 cm, +d z(acr C7 ) = 20,1 cm) od kořenového bodu C7, ke kterému byl celý pohyb vztahován. Paže se po přechodu horizontály (t = 0,55 s) dostává do maximální elevace, horizontální extenze a vnější rotace, loket do své maxilmální flexe a zápěstí po předešlé palmární flexi zpět do flexe dorzální (t = 0,82 s). Z maximálního nápřahu HK se dostávají jednotlivé segmenty přes vertikálu (t = 1,04 s) zpět směrem k výchozí pozici. Trajektorie jednotlivých bodů tedy opisují v průběhu celého pohybu určitou smyčku. Rozsahy pohybů těchto bodů vhledem ke kořenovému bodu (C7), které jsou trajektoriemi charakterizovány, se snižují v takovém pořadí, v jakém jsou svým uložením na HK od tohoto bodu vzdáleny (3MTC, PSR, PSU, EP, ACR). O rozsahu celkového pohybu nejlépe vypovídají rozsahy posunů 3MTC v jednotlivých směrech ( d x = 83,1 cm, d y = 127 cm, d z = 48,9 cm). Okamžité rychlosti všech bodů vůči C7 i okamžité rychlosti bodů v rámci segmentu se s určitým časovým posunem až do maximálního nápřahu mírně zvyšují, po mírném poklesu před dosažením paže vertikály všechny body prudce akcelerují a okolo doby úderu do míče (t = 1,16 s) dosahují svého maxima (a 0,9s 1,14s (MT C C7) = 11,278 m.s 2 ). Po následujícím krátkém poklesu okamžitých rychlostí a opětovném vzestupu nastává prudká decelerace. Nejvyšší dosažená okamžitá rychlost 3MTC vůči C7 byla 13,578 m.s 1 (t = 1,14 s), nejvyšší okamžitá úhlová rychlost EP vůči ACR byla 9,85 rad.s 1 (t = 1,20 s). Přehled ostatních dosažených okamžitých rychlostí a zrychlení viz tab. Celý námi zkoumaný pohyb trvá 1,34 s. Z jednotlivých nastíněných charakteristik pohybu, ho funkčně můžeme rozdělit do 4 částí: Fáze přípravná (0s 0,54 s): výchozí postavení HK - elevace paže do horizontály a začínající vnější rotace paže. Fáze nápřahu (0,55 s 0,82 s): začínající vnější rotace paže maximální vnější rotace paže Fáze akcelerace (0,83 s 1,16 s): maximální vnější rotace paže úder do míče 237
Fáze decelerace (1,17s 1,34 s): úder do míče připažení paže 3 Diskuse V provedeném experimentu je stěžejní problematikou korelace kinematiky 3D pohybu horní končetiny při volejbalové smeči a průběhu změny EA jednotlivých svalů (svalových skupin) komplexu ramenního. Na základě této korelace můžeme nejlépe porozumět zkoumanému pohybu a jeho možným patologickým důsledkům na inkriminovanou oblast. Z provedené 3D kinematografické analýzy je patrné, že hráč nepoužívá striktně ani jeden ze dvou definovaných stylů smečařského pohybu v odbíjené (elevate style, backswing style). Stejně jako většina hráčů na světové universiádě v roce 1991 (Coleman a spol., 1993) používal objekt na kterém byla analýza prováděna, styl který se pohybuje přesně na hranici mezi oběma zmíněnými styly, kdy je úhel paže vůči horizontále v momentu nápřahu relativně malý (+23,26 o ). Trvání celého pohybu i jednotlivých fází bylo ve srovnání s literaturou pouze o 0,04 s větší. Ve shodě s výsledky naměřenými na této světové universiádě je také úhlová rychlost paže v momentu úderu do míče, která je v našem experimentu nepatrně nižší (o 2,31 rad.s 1 ). Tyto malé rozdíly lze pravděpodobně přisoudit, kromě individuálního výkonnostního rozdílu analyzovaného hráče, také laboratorním podmínkám našeho experimentu, kdy byl pohyb HK během výskoku nasimulován provedením pohybu za statických podmínek. Měřený pohyb probíhal tedy ve shodě s literaturou. 3.1 Fáze přípravy Tato fáze pohybu je charakterizována lateroventrální elevací paže do horizontály. Na EMG záznamu je patrný nárůst aktivity hned několika svalů. Hlavní tažnou silou tohoto pohybu je především funkční dvojice m. supraspinatus - m. deltoideus. U m. deltoideus pravděpodobně převládá, vzhledem k ventrálnímu charakteru elevace, spíše jeho klavikulární část. EA m. supraspinatus stoupá hned od začátku, zatímco m. deltoideus se zapojuje až v době, kdy m. supraspinatus dosahuje maxima své naměřené EA. M. deltoideus dosahuje maxima naměřené EA až těsně před dosažením horizontály (t = 0,5 s). Tento časový posun lze vysvětlit pouze možnou počáteční převahou m. supraspinatu. Ve shodě s literaturou je m. supraspinatu nejvíce aktivní okolo 30 o elevace paže. Jeho maximální dosažená aktivita však neklesá, ale trvá i nadále. M. deltoidus se při 30 o elevaci teprve zapojuje a největší aktivitu zaznamenává až při 80 o elevaci. Počáteční aktivitu m. trapezius můžeme, vzhledem k charakteru pohybu, přisuzovat spíše koncentraci hráče na uskutečnění pohybu a především mírnému záklonu hlavy, který je nutný pro sledování míče. 238
EA m. serratus anterior je velmi nízká, což lze přisoudit zapojení lopatky do pohybu až kolem 90 o elevace. Krátký a malý nárůst EA m. teres major přisuzuji spíše promítnutí začínající aktivity m. teres minor, který se účastní začínající vnější rotace paže, do EMG záznamu m. teres minor. 3.2 Fáze nápřahu Během této fáze se po přechodu horizontály dostává paže do nápřahu. Dochází k maximální elevaci, vnější rotaci (ta je dána postavením PSU vůči EP) a horizontální extenzi paže. Jako hlavní svalová skupina zabezpečující tento pohyb zůstává i nadále funkční dvojice m. supraspinatus m. deltoideus. U m. supraspinatus se začíná pravděpodobně uplatňovat jeho funkce jako vnějšího rotátoru. Horizontální extenze paže a její vnější rotace zase ukazuje spíše na převládnutí spinální části m. deltoideus. Svého maxima EA v průběhu pohybu dosáhl také m. serratus anterior, který se spolu s m. trapezius zapojuje do elevace paže tím, že vytáčí dolní úhel lopatky zevně a společně tak umožňují tak vzpažení HK nad horizontálu. Zatím co postupně dosahuje EA m. serratus anterior svého naměřeného maxima, EA m. trapezius klesá. Ústup aktivity m. trapezius si vysvětluji tím, že pro plné zapažení, kdy dochází k záklonu lopatky, je nutné povolit jeho tah za spina scapulae, kterým naopak lopatku přitlačuje směrem k žebrům. Vnější rotaci dolního úhle lopatky tak na konci pohybu zabezpečuje pouze m. serratus anterior. Ke jmenovaným svalům se přidávají m. teres minor a m. infraspinatus. Vzhledem k téměř stejnému průběhu obou svalů a jejich těsnému vzájemnému umístění je průběh jejich EMG záznamu téměř identický. Vytvářejí tedy synergní funkční svalovou jednotku, která shodně s průběhem pohybu rotuje paži zevně. Přes nepatrný rozdíl EMG záznamu obou svalů se v rozporu s literaturou jeví jako dominantní vnější rotátor spíše m. teres minor. To může být samozřejmě způsobeno promítnutím EA jednoho svalu do EMG záznamu svalu druhého. Patrný je také výrazný nárůst aktivity m. latissimus dorzi a dlouhé hlavy m. triceps brachii. Ty jsou vzhledem ke svým průběhům pravděpodobně hlavní tahovou složkou ve směru horizontální extenze. 3.3 Fáze akcelerace V této fázi, především po přechodu horizontály, HK prudce akceleruje směrem k míči, do kterého na konci této fáze udeří. Dochází k vnitřní rotaci, addukci a především extenzi paže, extenzi lokte a zápěstí se dostává z dorzální flexe do flexe palmární. Celý tento pohyb určuje následný směr, rotaci a rychlost míče (to však není předmětem této studie). Fakt že jednotlivé body dosahují svých nejvyšších okamžitých rychlostí před úderem do míče, je pravděpodobně zapříčiněno tím, že při vlastním úderu, který 239
reprezentuje rázovou zátěž HK, dochází k nepatrnému zpomalení a vzhledem k relativně nízké snímací frekvenci kamer nebylo možné odečíst polohu HK těsně před úderem a zjistit tak opravdovou rychlost jednotlivých bodů. Maximální dosažené okamžité rychlosti jsou tedy ve skutečnosti pravděpodobně o něco vyšší. Při pohybu paže ze zapažení do vertikály je nejvýraznější EA tří svalů, a to m. latissimus dorzi, m. pectoralis major a m. serratus anterior. Každému svalu přisuzuji v tomto rozsahu pohybu jinou funkci. M. serratus anterior pravděpodobně dál stáčí dolní úhel lopatky zevně a umožňuje tak další pohyb glenoidální jamky a tím i celé HK nad horizontálu. M. latissimus dorsi zde funguje především jako vnitřní rotátor, zatímco úloha m. pectoralis, kde převažuje nejspíše tah jeho klavikulárních snopců, je extendovat paži k horizontále. Po přechodu vertikály se úloha jednotlivých svalů mění. EA klavikulární části m. pectoralis major klesá. Také aktivita m. serratus anterior vzhledem ke směru pohybu výrazně klesá. Vzhledem k poměrně malému rozsahu vnitřní rotace oproti pohybu do horizontály, lze usoudit, že u m. latissimus dorsi začne převládat spíše jeho funkce extenzoru a adduktoru pohybu. I jeho aktivita však v této fázi mírně klesá. Při pohybu paže z vertikály dolů jsou patrné prudké nárůsty EA m. teres major, m. deltoideus a dlouhé hlavy m. triceps brachii. Na základě toho se domnívám, že tyto svaly jsou hlavním generátorem síly k vykonání tohoto pohybu a mají největší podíl na míře akcelerace paže před úderem do míče, tedy i na jeho následnou rychlost. Vzhledem ke směru pohybu lze usoudit, že m. deltoideus zabírá především svojí spinální částí. M. deltoideus zde pravděpodobně funguje také jako určitý vyrovnávací prvek oproti prvním dvěma zmiňovaným svalům. Na rozdíl od předešlých svalů, které kromě extenze provádějí také addukci paže, je totiž výrazný abduktor, čímž zabraňuje přetažení paže do hyperaddukce a udržuje tak směr pohybu v čisté extenzi. Nárůst aktivity m. infraspinatus a m. teres minor si, vzhledem k charakteru pohybu, vysvětluji spíše jejich funkcí stabilizátoru hlavice humeru v kloubní jamce. Domnívám se také, že zde působí také jako určitý protitah m. teres major a m. latissimus dorsi, čímž ruší jejich rotační složku a umožňují tak úder do míče s minimální rotací paže. 3.4 Fáze decelerace Při vlastním úderu do míče pokračuje HK v započatém pohybu. V momentu úderu nedochází oproti předpokladům k prudkému a výraznému poklesu úhlové rychlosti paže (? EP ACR ), ale k její plynulé deceleraci směrem k výchozí poloze. Úder do míče je pro výsledek smeče nejdůležitějším momentem celého pohybu, kdy na postavení HK, resp. směru pohybu, záleží ze všeho nejvíce. Proto si nárůst EA většiny svalů krátce před tímto momentem vysvětluji, vzhledem k jejich opětovnému ústupu, jako zafixování určité dosažené polohy, kdy se jednotlivé svaly, které působí proti sobě, zapojují pro maximální možnou eliminaci jakéhokoliv vychýlení původního směru reakcí na kontakt s míčem, který představuje rázovou zátěž a dala by se 240
zde určitá reakce HK na náraz očekávat. Oproti výše uvedenému stoupá EA krátké hlavy m. biceps brachii velice strmě, a to přímo v momentu úderu. Na rozdíl od svalů, kterým dle času a plynulosti nástupu jejich EA přisuzuji funkci fixační již před vlastní úderem, si tento fakt vysvětluji jako přímou reakci na tuto rázovou zátěž. EA jednotlivých svalů, jak už bylo řečeno, postupně klesá a při poklesu paže na úroveň své výchozí pozice je EA většiny svalů minimální. Snižující se svalovou aktivitu lze vysvětlit pouze setrvačným minimálně kontrolovaným pohybem HK v této fázi. Jediný vzestup EA zaznamenává dlouhá hlava bicepsu, která se na celém předešlém pohybu oproti předpokladům nepodílela. Vzhledem k deceleraci HK můžeme tento nárůst vysvětlit pouze jako brzdicí funkci pohybu. Během této fáze zaznamenáváme také relativně malý pokles aktivity m. deltoideus a m. supraspinatus, ke kterým se tentokrát přidává také m. infraspiantus a m. teres minor. To lze vysvětlit jejich funkcí stabilizátorů ramenního kloubu a opět brzdící funkcí. Patokineziologické důsledky pohybu a možné příčiny v literatuře udávaných bolestí Za nejkritičtější místa celého pohybu považuji úder do míče a moment maximálního nápřahu. V maximálním nápřahu, kdy se dostává paže na hranici svých rozsahových pohybových možností, je hlavice humeru tlačena ventrálně z glenoidální jamky a je zde tak poměrně velké riziko její subluxace tímto směrem. Hlavici v kloubní jamce udržují kromě vazivového aparátu ramenního kloubu, také svaly tvořící přední stěnu kloubního pouzdra. Jsou to m. pectoralis a m. subscapularis, které jsou navíc doplněny dlouhou hlavou m. biceps brachii. Zezadu je pak subluxace omezována pravděpodobně svaly rotátorové manžety, především pak m. infraspinatus a m. teres minor. Svaly přední stěny kloubního pouzdra udržují hlavici v jamce pasivně svým napnutím, svaly rotátorové manžety pak svým tahem. Na EMG záznamu je v tomto bodě také patrná EA jak m. infraspinatu, tak m. teres minor. Předpokládám, že při určitém oslabení svalů přední stěny, dochází pravděpodobně k ještě většímu zatížení uvedených svalů rotátorové manžety. V literatuře se uvádí, že při maximální elevaci paže, dochází k nárazu tubrculus majus na subakromiální oblouk, což způsobuje kompresi úponové šlachy rotátorové manžety (hlavně šlachy m. supraspinatus) a šlachy dlouhé hlavy m. biceps brachii. Dle literatury dochází také k útlaku n. suprascapularis (větev pro m. infraspinatus), což při častém opakování může znamenat určitou insuficienci funkce m. infraspinatus. To jsou samozřejmě bohužel fakta, která nemohla být provedeným experimentem zjištěna, ale předpokládám jejich přítomnost také v momentu nápřahu, kde je paže navíc ještě v maximální dosažené horizontální extenzi a maximální dosažené zevní rotaci. Domnívám se, že při případně vzniklém částečném oslabení m. infraspinatus, což je dle literatury ve volejbale nejčastěji se projevující neuropatie, je jeho částečná insuficience, vzhledem ke společnému průběhu EMG záznamů a stejné funkce, prav- 241
děpodobně nahrazována zvýšením aktivity m. teres minor. Vzhledem k všem těmto popsaným skutečnostem a faktu, že m. teres minor je dle výsledku EMG záznamu jedním z nejvíce zapojených svalů v celém průběhu pohybu (hlavní rotační složka, stabilizační složka, protitahová složka), považuji tento sval za jeden z nejvíce přetěžovaných z participujících svalů. Bolest v oblasti tuberculum majus, což je oblast, kde je projekce bolesti v oblasti ramenního komplexu nejčastější, přisuzuji právě chronickému přetěžování m. teres minor. Vzhledem k tomu, že do stejné oblasti se upíná také m. supraspinatus, který je dle průběhu EMG záznamu dalším z nejvíce aktivních svalů, dochází při nápřahu také ke kompresy jeho šlachy. Na základě této skutečnosti a faktu,že jedním z nejčastěji udávaným provokačním faktorem bolesti je abdukce a flexe nad 150 o, přiděluji část příčiny bolesti v této oblasti, také přetěžování m. supraspinatus. Dalším místem, kde je často bolest popisována je oblast úponu deltového svalu. Na EMG záznamu, je patrná, stejně jako u m. supraspinatus, jeho vysoká aktivita ve všech popisovaných fázích. Z jeho permanentní vysoké aktivity a relativně malého času na svalovou regeneraci z důvodu neustálého zapojování lze usoudit, že jde opět o úponovou bolest, způsobenou přetěžováním tohoto svalu. V literatuře je dále popisována relativně častá projekce bolesti do místa začátku krátké m. biceps brachii, což by poukazovalo na její přetěžování. V proběhlém experimentu však aktivita tohoto svalu byla minimální a její výraznější nárůst byl pouze v momentu úderu do míče. Tato EA měla však v porovnání s EA ostatních svalů velice prudký vzestup a to až přímo v tomto momentu. To by poukazovalo na chronické přetěžování tohoto svalu vlivem této rázové zátěže, která vede k proklamované úponové bolesti.. Příčinou bolesti lokalizované do oblasti přední strany glenoidální jamky, by pravděpodobně mohlo být přílišné napětí přední strany pouzdra, na které se při maximálním nápřahu tlačí hlavice humeru (viz výše). 3.5 Celkové hodnocení Stanovené příčiny nejčastějších bolestí komplexu ramenního v odbíjené jsou pouze určitou dedukcí, vytvořenou na základě korelace podrobné pohybové analýzy celé HK a EMG analýzy svalů komplexu ramenního. Pro přesné stanovení příčin by bylo zapotřebí tímto způsobem analyzovat pohyb statisticky významného počtu probandů. Proklamované bolesti v oblasti ramenního komplexu mohou samozřejmě být způsobeny i jinými mechanismy v průběhu ostatních herních činností v odbíjené. V provedené 3D kinematografické analýze nebyly bohužel zahrnuty pohyby klíční kosti a lopatky. Důvodem byl příliš velký posun potřebných antropometrických bodů vůči kůži, na které byly tyto body označeny markery. Pohyby lopatky uváděné v textu jsou proto pouze odvozeny z pohybu paže (EP vůči ACR) a míry aktivity jednotlivých svalů. 242
Kromě analýzy pohybu lopatky a klíčku bych dále doporučil také analýzu EMG aktivity m. subscapularis, který nebyl vzhledem k jeho hlubokému uložení vůbec snímán a u něhož předpokládám poměrně velký vliv na pohyb komplexu ramenního. Pro kompletní kinematickou analýzu by bylo také zapotřebí znát směry a velikosti působení jednotlivých sil v průběhu pohybu. Tato analýza nebyla provedena vzhledem k technické náročnosti. Byla by však vhodným doplněním této práce a případná další navazující práce na toto téma by mohla navázat na výsledky získané tímto experimentem. 4 Závěr Tato experimentální studie, kdy byla současně provedena 3D kinematografická analýza pohybu horní končetiny při volejbalovém smeči a EMG analýza svalů komplexu ramenního, byla vzhledem k technické náročnosti celého projektu realizována pouze s jednou osobou. Provedeným experimentem byla určena podrobná charakteristika analyzovaného pohybu a po jeho důkladné rozboru byly ve shodě s cíly a hypotézami této práce stanoveny následující závěry: Výsledky analyzovaného pohybu se shodují s údaji uváděnými v literatuře. Na základě korelace pohybu horní končetiny a timingu i míry zapojení jednotlivých svalů byla zjištěna pravděpodobná funkce každého svalu v průběhu celého pohybu. Určité interindividuální rozdíly ve funkci jednotlivých svalů v rámci příslušné synergní svalové skupiny byly objeveny ve všech případech. Jako možné příčiny nejčastěji lokalizovaných bolestí v oblasti komplexu ramenního, se na základě výsledků této experimentální studie a jejich porovnáním s určitými fakty uváděnými v literatuře, jeví převážně chronické přetěžování svalů, které se do místa, kde je bolest udávána, upínají. Toto přetížení je pravděpodobně zapříčiněno vysokou aktivitou postižených svalů v průběhu celého pohybu a nedostatečným časem na jejich regeneraci, způsobeným vysokou frekvencí analyzované činnosti v průběhu zápasu či tréninku (m. deltoideus, m. supraspinatus). Dalším mechanismem chronického přetížení svalů se jeví navíc také moment maximálního nápřahu (m. teres minor, m. suprascapularis, m. pectoralis major et minor, m. subscapularis) opět v kombinaci s frekvencí analyzovaného pohybu. Posledním důvodem přetížení některých svalů se zdá být opakovaný vliv rázové zátěže, představované úderem do míče (m. biceps brachii (caput brevis)). 243
Použité metody umožňují i s menšími výhradami objektivní popis analyzovaného pohybu a vzhledem k charakteru experimentu se ukázaly být i velmi praktické. Nevýhodou povrchové telemetrické EMG byla díky přenosu signálu volným prostorem poněkud ztížená následná interpretace pořízených EMG záznamů. U 3D kinematografické analýzy bych pro podobný experiment doporučil kontrastnější markery a kamery s vyšší snímkovou frekvencí. Výsledky této práce nelze, vzhledem k 1 analyzovanému objektu, generalizovat jako obecně platné závěry. K větší objektivizaci provedeného experimentu by bylo zapotřebí zanalyzovat mnohem větší, statisticky významný počet probandů. Na základě toho, by bylo možno sestavit cílený preventivní program k minimalizaci vznikajících bolestí a zranění ramenního komplexu v odbíjené, popřípadě stanovení odpovídajícího rehabilitačního plánu k jejich účinné léčbě. 244