Změny hybnosti nohy v dospělosti a ve stáří při porovnání stoje a chůze

Souhrn

Stárnutím dochází k řadě změn v pohybu lidského jedince. Cílem tohoto článku je porovnání rozdílů hybnosti nohy jak v dynamice oproti statice v dospělosti a ve stáří se zaměřením na střední stojnou fázi. Vedlejším cílem je nástin vztahu hybnosti a rozložení tlaků na plosce. Při měření byly využity dvě měřící metody, a to kinematická analýza (systém Qualysis) jako metoda hlavní a systém tlakoměrných vložek do bot (Pedar X) jako metoda doplňková. Výsledky ukazují na signifikantní objektivizovatelné změny v dynamice střední stojné fáze u starší populace oproti osobám středního věku.

Klíčová slova:
noha, chůze, kinematická analýza, tlakoměrné vložky, stárnutí

ÚVOD 

S postupným vývojem společnosti se prodlužuje i lidský život a změny spojené s involucí mají možnost více se uplatnit. Tyto změny postihují všechny tělní systémy a mají vliv na všechny aspekty lidského života. Bipedální lokomoce je jednou ze schopností, která se s postupujícím věkem mění, a to jak v kvalitě tak v kvantitě. První změny je obvykle možné poprvé zaznamenat  mezi 60. – 70. rokem. V tomto období se běžná chůze zpomaluje za každých deset let, přibližně se tedy jedná o 1-1,5 % za rok. Rychlá chůze se zpomaluje až o 2 % za rok. Jakmile běžná rychlost (myšleno rychlost chůze, kterou se obvykle konkrétní člověk pohybuje) klesne pod 1,0-1,2 m/s, může se stát značně limitující, protože například neumožní přejít včas na světlech křižovatku (7).

Je mnoho parametrů chůze, které se u mladých a starších občanů liší. Celková délka kroku je menší, naopak doba trvání jednoho krokového cyklu roste, a tím klesá kadence (15). Většina těchto změn přetrvává i v případě stejné rychlosti chůze skupiny mladší i starší (4). Četnější jsou i posturální výchylky ve stoji a jejich předpokládaným důsledkem je rozšíření stojné báze při chůzi. Roste variabilita chůze do délky i latero-laterálně. Dále se mění poměr mezi stojnou a švihovou fází ve prospěch stojné. Smyslem je prodloužení fáze dvojí opory, a tím zajištění lepší stability. Ke změnám spojeným s věkem dochází v celém organismu, příkladem je postupná ztráta objemu kosterního svalstva, která ve věku mezi 20 - 80 lety dohromady činní až 35-40 % (1). Uvádí se i omezení rozsahu pohybu (ROM), a to především v kyčelním a kolenním kloubu a s nimi spojené náhradní hybné vzory v oblasti pánve (9.) Názory na změny ROM v oblasti kotníku a nohy se značně liší (6, 12). Lze předpokládat že spolu s těmito změnami se mění i samotná hybnost nohy během chůze.

Chůze je základní lokomoční stereotyp vybudovaný v ontogenezi, který má pro každého jedince individuální charakter obdobně jako otisk prstu (5, 2).

Krokový cyklus se dle Vaughana dělí na fázi švihovou, která představuje 40 % cyklu, a stojnou, kdy se noha dotýká podložky a ta tvoří zbylých 60 %. Samotnou stojnou fázi lze dále rozdělit na:

1. Heel strike (HS) - neboli došlap či kontakt paty.
2. Foot-flat (FF) - ploska je plně položená na zemi, tím končí fáze došlapu.
3. Midstance (MS) - střední stojná fáze, po kterou je celá ploska v kontaktu s podložkou.
4. Heel-off (HO) - odlepení paty od podložky, začíná fáze odrazu.
5. Toe-off (TO) - odlepení prstců od podložky, tím končí odraz.

Střední stojná fáze (Midstance) tvoří 60 % stojné fáze a je to fáze jednooporová. Po 20 % mají fáze došlapu a odrazu (8, 10, 14, 15). Střední stojná fáze je velmi důležitá pro přenos těžiště-trupu dopředu. Noha tvoří dynamicky proměnnou základnu, která zajišťuje vzájemné vyvážení všech sil na ní působících, včetně hmotnosti těla, umožňuje bezproblémové dynamické procesy v oblasti kyčle a pánve. Na začátku střední stojné fáze je noha velmi plastickým orgánem, který dokonale kopíruje terén, na konci jde o rigidní stabilizovanou strukturu umožňující následné postavení na špičku ve fázi odrazu. Změna dynamiky nohy, změna zátěže jednotlivých částí plosky, to vše vede k zákonitým změnám dynamiky celého organismu při chůzi, včetně zajištění stability těla. Neexistuje změna, která by vedla k lepšímu. Proto jsme se pokusili verifikovat změny dynamiky a statiky nohy v rozhodující fázi kroku.   

METODIKA 

Měření probíhalo ve spolupráci s vědeckým a servisním pracovištěm  tělesné výchovy a sportu CASRI. Výběr výzkumného souboru probíhal dle následujících kritérií pomocí dotazníku a kineziologického rozboru. 

Osoba (proband) nesměla trpět ničím z následujících problémů:

• zánětlivým onemocněním dolních končetin (DKK),
• bolestmi,
• následky po úrazu nebo operaci,
• nesměla trpět chronickými bolestmi zad,
• artrozou limitující pohyb nebo způsobující bolest,
• Planovalgozitou DKK,
• Haluxem vagus. 

Mezi faktory nezbytné pro měření patřily:

• kardiovaskulární zdatnost,
• dostatnečná symetrie obou dolních končetin.

Do měření bylo celkem zahrnuto 25 probandů, kteří byli dle věku rozděleni do dvou skupin (tab. 1). 

Kinematická analýza- systém Qualysis

Hlavní měřící metodu tvořila kinematická analýza. K měření bylo využito 10 statických infračervených kamer o snímkovací frekvenci 240 Hz. Kamery snímající reflexní body umístěné na probandovi byly rozmístěny v dostatečné vzdálenosti ve tvaru oválu okolo běžeckého pásu (příloha 3), na kterém měření probíhala. Při rozestavění kamer bylo nezbytné zajistit, aby každý reflexní bod byl v každé fázi chůze vidět minimálně na 2 kamerách. Za chybu, se kterou je třeba počítat a nelze ji při tomto typu neinvazivního měření odstranit, lze označit posun měkkých tkání. Při umísťování bodů byla palpačně nahmatána anatomická kostní či kloubní struktura, na jejíž kožní projekci je umístěn reflexní marker. Při pohybu vlivem aktivity svalstva dochází k posunu mezi kůží, podkožím a kostí, což může mít za následek zkreslení výstupních dat (13).

V rámci kinematické analýzy byly nakonec hodnoceny pouze 3 distance mezi jednotlivými reflexními body na pravé noze (obr. 1).

Jedná se o následující:

1. Distance: Calcaneus -1. metatars – zde se měřila pouze vzdálenost reflexních bodů vůči sobě a jejich pohyb v sagitální rovině.
2. Distance: Calcaneus - 5. metatars – zde se také jednalo pouze o vzájemné vzdálenosti bodů  a jejich pohyb v sagitální rovině.
3. Hodnocení pronačního úhlu calcaneu – jedná se o úhel mezi spojnicí laterálního a mediálního markeru na patě a horizontálou. Hodnotily se změny ve stupních ve frontální rovině.

Celá stojná fáze krokového cyklu od heel strike až po toe off byla rozdělena na 100 částí. Pro měření byl vybrán 15sekundový záznam dle následujících kritérií:

• Rychlost probanda byla konstantní, 5 km/h.
• Rytmus chůze byl pravidelný.
• Vybraný 15sekundový úsek byl nepřerušený.
• Naměřený záznam nevykazoval žádné odlehlé hodnoty. 

Z každého patnáctisekundového záznamu chůze jednotlivce bylo vybráno minimálně 10 náhodných hodnot kroku, u kterých se následně ověřila normálnost rozložení dat. Postupným výpočtem byla získána průměrná hodnota pro jednotlivce a následně i obě skupiny, pro každou ze sta fází kroku. K samotnému porovnání změn při chůzi u první a druhé skupiny bylo využito „standu“ (tedy hodnot získaných ve statickém zatížení ve stoji na obou nohách) a hodnot naměřených v dynamice. Stand byl považován za referenční vzdálenost měřených bodů v zátěži a k této hodnotě byly vztaženy hodnoty dynamické dané skupiny.

Pro co nejsnazší orientaci a názornost byla výsledná data zpracována pomocí spojnicových grafů, pro každou skupinu a vyšetřovanou distanci odděleně. Samotné statistické zpracování těchto rozdílů proběhlo výpočtem pomocí Wilcoxonova dvouvýběrového testu (Mann-Whitneyova  U testu) s hladinou významnosti p=0,05. 

Systém tenzometrických stélek Pedar X

Jako doplňková metoda byly využity tlakoměrné stélky do bot, z nichž každá obsahuje 99 senzorů. Stélky jsou pomocí kabelů propojeny s měřícím zařízením, které se upevní pásem na zádech vyšetřovaného. Ploska byla v rámci hodnocení rozdělena celkem do 7 kvadrantů (obr. 2):

Palec

Prsty II-IV

Mediální polovina přednoží

Laterální polovina přednoží

Střední část nohy

Mediální polovina paty

Laterální polovina paty

Z naměřených dynamických hodnot v jednotlivých kvadrantech byly následně vypočteny hodnoty průměrné. 

Měřena byla:

Maximální síla (F_max), respektive zrychlení a

Kontaktní doba t

Maximální síla je hodnota značně ovlivněná hmotností jednotlivce, proto byla pro větší objektivitu ještě vypočtena hodnota zrychlení a pomocí vzorce: 

a = F_max/m 

Následně byl proveden výpočet průměrné hodnoty. Z hodnot zrychlení a kontaktní doby byla vypočtena procentuální odlišnost skupiny 2 od skupiny 1 v jednotlivých kvadrantech. Vzhledem ke značně omezené dostupnosti různých velikostí tlakoměrných vložek do bot, bylo možné v každé skupině naměřit touto metodou pouze 50 % probandů. Důsledkem toho jsou u výsledných hodnot vyšší směrodatné odchylky.   

VÝSLEDKY 

V grafech jsou uvedeny výsledky měření pomocí kinematické analýzy, v následujících tabulkách potom výsledky měřením pomocí tenzometrických stélek

Hypotézu o odlišnosti lze na hladině významnosti p=0,05 prokázat pouze ve fázi midstance (p= =0,0287). V ostatních fázích odlišnost prokázat nelze (foot flat p=0,0853 a heel off p=0,0951, celá stojná fáze (p=0,0735).

Hypotézu o odlišnosti lze na hladině významnosti p=0,05 prokázat téměř ve všech fázích. (Heel off p<0,0001, Midstance p= =0,0008, celá stojná fáze p<0,0001. Prokázat nelze u fáze foot flat. p=0,4404).

Hypotézu o odlišnosti lze na hladině významnosti p=0,05 prokázat pouze ve fázi heel off (p=0,001), velmi těsně potom nelze prokázat ve fázi midstance (p=0,063). Prokázat nelze v průběhu celé stojné fáze (p=0,4286) a fáze foot flat (p=0,4721). V tomto grafu jsou ale rozdíly na první pohled patrné, a proto je sporné, zda by nebylo vhodnější užití jiného testu.   

DISKUSE 

Drtivá většina prací se zabývá délkou kroku, rozdílnou rychlostí běžné chůze, nebo se zaměřuje na ROM a hybnost kyčle a kolene. Noha zatím ještě patří do méně prozkoumaných oblastí. Cílem této práce je kvantifikace a porovnání rozdílů hybnosti nohy v dynamice oproti statice v dospělosti a ve stáří se zaměřením na střední stojnou fázi. Porovnáním této fáze kroku se stojem získáváme obrázek o tom, jak se noha chová, je-li přes ni nesena váha celého těla oproti zatížení ve stoji, kdy pouze staticky podepírá polovinu váhy těla. Vybrané vzdálenosti na noze (1MP-calcaneus, 5MP-calcaneus a pronační úhel) a jejich měnící se vzdálenost či úhel mají značnou výpovědní hodnotu o pružnosti nohy, kvalitě tripodní opory a míře posturální stabilizace nohy. Změny vzdáleností 1MP-calcaneus a 5MP-calcaneus byly hodnoceny v sagitální rovině a pronační úhel v rovinně frontální. Vedlejším cílem je nástin vztahu hybnosti s rozložením tlaků na plosce.

Dle Murraye je ve vyšším věku chůze nezměněná, pouze pomalejší oproti mladším. Proto byla pro měření vybrána stejná rychlost pro obě skupiny, 5 km/h. V naměřených hodnotách byly prokázány signifikantní rozdíly, proto lze říci, že se s vyšším věkem některé parametry chůze mění. V rámci měření nebylo možné využít EMG, a proto jsou v diskusi výsledky částečně komparovány s aktivitou svalů u dospělých při chůzi tak jak ji popsal Vaughan (14).

Nejvýraznějším rozdílem v distanci 1MP-calcaneus je krátkodobé zvýšení a snížení (peak) uprostřed stojné fáze skupiny 2. S rostoucím věkem dochází k oslabení plantárních flexorů (9). Znamená to tedy, že i svaly držící mediální klenbu a zároveň patřící do skupiny plantárních flexorů budou rovněž oslabené. Musculus tibialis posterior má v polovině midstance fyziologicky nižší aktivitu a méně aktivní oproti ostatním fázím je i m. flexor digitorum longus. Klenba je tedy v této fázi držena zvětšující se aktivitou m. flexor halucis longus. Zmíněný krátkodobý vzestup a pokles vzdálenost 1MP-calc. odpovídá obrazu nižší aktivity či pozdějšího zapojení tohoto svalu do funkce a nižší aktivity m. flexor digitorum longus. Následně by tyto závěry bylo třeba prokázat pomocí EMG u skupiny starších probandů.

Rychlejší zkracování vzdálenosti v druhé polovině fáze midstance a plynulejší následující pokles ukazuje na dřívější přesun váhy na laterální část nohy než u skupiny 1.

Vzdálenost 5MP-calcaneus u skupiny 2 v průběhu pokládání plosky na zem rychle narůstá a svého maxima dosahuje přibližně v polovině fáze foot flat, tedy ještě před plným kontaktem plosky. Z hodnot pronačního úhlu je patrné, že calcaneus má při heel strike supinační postavení 2. Nášlap je tedy veden více než u mladších přes laterální stranu, a proto lze předpokládat i dřívější kontakt celé laterální hrany nohy. Tomuto předpokladu odpovídá i průměrně delší kontaktní doba na laterální straně přednoží (cca o 10 % déle než u skupiny 1). Vysoká průměrná kontaktní doba  na laterální polovině přednoží by ale také mohla znamenat, že první kontakt nebyl veden pouze přes patu, ale rovnou i  přes část laterální poloviny přednoží. Tomuto obrazu by odpovídalo i supinační postavení calcaneu. I když se tento předpoklad jeví jako méně pravděpodobný, je třeba na něj upozornit.

I když byly do skupiny 2 zahrnuti probandi na svůj věk značně pohybově aktivní, byla zvolená rychlost 5 km/h rychlejší než běžná rychlost chůze. Vliv na rychlé zvětšení vzdálenosti, a tedy i rychlejší oploštění laterální klenby v dynamice, by mohla mít i aktivita extenzorů prstců. Doherty (3) sice udává oslabení jak plantárních tak dorzálních flexorů, ale jak již bylo uvedeno, vlivem věku dochází během švihové fáze nejen k většímu zvedání celé nohy, ale i k většímu zvedání prstců. Je tedy možné, že i přes úbytek svalové síly je skupina extenzorů relativně silnější. Toto tvrzení podporuje i studie Kent-Brauna, kteří žádné změny s věkem v dorzálních flexorech hlezna neuvádějí. Jejich vyšší aktivita může přetrvávat i během fáze foot flat, a protože se jedná o svaly redukující laterální klenbu, mohly by přispívat k jejímu rychlejšímu oploštění. Stejně tak i možný pozdější nástup a nižší aktivita m. peroneus longus způsobí, že tento sval nepodrží dostatečně laterální klenbu během došlapu a dojde k jejímu rychlejšímu oploštění.

V případě pronačního úhlu calcaneu je výrazná odlišnost patrná v první polovině střední stojné fáze. Nejprve porovnáme změny pronačního úhlu ve vztahu k jeho hodnotám ve stoji. Ve skupině 2 je v porovnání se stojem patrný vyšší pronační úhel až o 1,5° oproti skupině 1. Na pronaci calcaneu se váže i pronace subtalárního kloubu a addukce talu. Důsledkem je po celou první polovinu midstance vnitřně rotační postavení dolní končetiny v míře, které by měla dosáhnout až v polovině stojné fáze. Zvýšené vnitřně rotační postavení dolní končetiny má vliv na postavení pánve ve smyslu anteverze. Paroczai (9) uvádí delší aktivitu adductorů u starších, a to skoro do poloviny fáze midstance. Toto postavení následně ovlivňuje zapojení svalstva kolem kyčelního kloubu, především nižší aktivitu zevních rotátorů a abductorů. Dřívější pohyb do vnitřní rotace a tah do addukce způsobí nedostačenou úponovou stabilizaci m. tibialis posterior, který nemůže dostatečně plnit svou funkci spočívající v brzdění pohybu do promyce, a tím umožní větší pohyb. Což opět odpovídá obrazu oslabení plantárních flexorů.

Pinto (11) uvádí průměrnou hodnotu everze calcaneu (pronace) ve stoji  u mladých lidí 7,5 - 8,36° a s tím související 1,57° průměrnou anteverzi pánve, mluvíme-li o bilaterální pronaci calcaneu. U unilaterální pronace calcaneu uvádí také 1,41° anteverzi pánve. V rámci měření této práce byla zjištěna průměrná hodnota pronačního úhlu 5,98 ve skupině 1 a 4,75 ve skupině 2.

Podíváme-li se na absolutní hodnoty pronačních úhlů, zjistíme, že skupina 1 má oproti skupině 2 ve stoji hodnoty pronace celkově vyšší. Naopak skupina 2 na začátku a na konci chůze vykazuje určitou míru supinace, a to až 2° během heel strike a až 1,2° během heel off.. Proto lze předpokládat narušenou rovnováhu svalů způsobujících pronaci a supinaci, kdy za více oslabené lze považovat svaly podílející se na pronaci, a to m. peroneus longus a m. peroneus brevis. Naopak lze předpokládat relativně vyšší aktivitu m. tibialis anterior, respektive jeho menší oslabení s rostoucím věkem oproti mm. peroneí.

Signifikantní odchylky byly prokázány pouze u 50 % hypotéz na 5% hladině významnosti. Tato 5% hladina významnosti je užívaná standardně a byla použita v těchto měřeních. Odlišnost výsledků skupiny 1 a 2 ale podporuje i fakt, že většinu signifikantních odchylek by bylo možné prokázat u 10 % hladiny významnosti, až na jedinou. Tou je odlišnost změn pronačního úhlu v dynamickém zatížení oproti statickému v průběhu celé stojné fáze. Pro porovnání změn pronačních úhlů mezi skupinami má, jak již bylo zmíněno, mnoho na první pohled patrných rozdílů mezi grafy a hodnotami. Proto se nabízí otázka, zda použitý Mann-Whitneyův test má v tomto případě dostatečnou vypovídající hodnotu.

Měřením pomocí přístroje PedaruX byly zjišťovány průměrné hodnoty maximální síly pro skupinu 1 a 2 a hodnoty kontaktní doby. Měření rozložení síly a kontaktní doby prováděl Scott (12), který v řadě výsledků dospěl ke stejným závěrům (viz dále).

Všechny hodnoty maximální síly (respektive zrychlení) jsou u skupiny 2 nižší, mimo hodnot střední části nohy, kde se pohybují o 12 % výše než u skupiny 1. To svědčí o větším oploštění nohou ve skupině starších, což Scott ve své studií potvrzuje. Největší rozdíl mezi skupinami 1 a 2 (o 39,12 % nižší) je v maximální síle pod palcem, z toho lze usuzovat, že se palec během chůze u starších jedinců zapojuje mnohem méně než u mladších. Tento fakt potvrzuje nižší aktivitu m. flexor hallucis longus, kterou předpokládáme i v souvislosti se změnami ve vzdálenosti 1MP-calcaneus jak již bylo zmíněno na začátku diskuse.

Doba kontaktu jednotlivých částí plosky s podložkou je celkově delší. Jedinou výjimku tvoří mediální poloviny paty, kde je kontakt o 10 % kratší. Přítomnost celkově delší doby kontaktu, přestože se obě skupiny pohybovaly stejnou rychlostí, svědčí o prodloužení stojné fáze u starších občanů na úkor fáze švihové. Toto zjištění odpovídá závěrům, ke kterým ve své studii dospěl Kang (4)

Při lateromediálním rozložení tlaků je patrná vyšší max. síla (resp. zrychlení) na laterální straně nohy, a to jak na patě, tak pod prsty. U přednoží se poměr tlaků oproti předchozímu většímu zatížení mediální strany prakticky vyrovnal. Došlo tedy také k většímu přenosu váhy laterálně. Těmto výsledkům odpovídá i delší kontaktní doba v daných úsecích. Závěry se shodují se studií provedenou Scottem (12). Scott prováděl měření bez stanovení požadované rychlosti pro probandy. Probandi tedy šli běžnou rychlostí a mezi skupinou 1 a 2 byl rozdíl v rychlosti chůze skoro 1 km/h (skupina 1 rychlost 4,2 km/h, skupin 2 3,3 km/h). Z těchto důvodů  nelze naměřená data přímo porovnávat. Potvrzení většího laterální zatížení je ale patrné i z výsledků kinematické analýzy, a to nejlépe na distanci 1MP-calcaneus (viz předchozí).

Když se ještě vrátíme ke statickým hodnotám 1MP-calcaneus skupiny 2, jsou zde patrné oscilace, které ve skupině 1 přítomny nejsou. Tyto výchylky lze vysvětlit věkem se zhoršující stabilitou kompenzovanou kotníkovou strategií, což potvrzují i drobné výchylky hodnot pronačního úhlu. Zajímavá je oscilace vzdálenosti 1MP-calcaneus a pronačního úhlu ve statice skupiny 2, která je ve skupině 1 odlišná. V této skupině můžeme vidět také oscilace pronačního úhlu, ale naopak minimální pohyby ve vzdálenosti 1MP-calcaneus. Toto lze vysvětlit narušením koaktivace pronátorů a supinátorů nohy.

Příčna všech těchto změn naměřených v jednotlivých distancích, kontatní době a maximální síle, je multifaktoriální. Značnou roli zde určitě bude hrát zhoršení neuromuskulárních vztahů, nižší rychlost vedení vzruchu nervem, změny čití, sarkopenie s převažujícím úbytkem bílých svalových vláken, omezení ROM některých kloubů, hormonální změny a jejich důsledky a další změny spojené se stárnutím. Tyto příčiny by bylo dále vhodné zkoumat a zjistit jejich vzájemné korelace se změnami na noze.

V úvahu je ale třeba také vzít fakt, že většina lokomoce během našeho života probíhá v botách. Proto část změn může být prostým důsledkem celoživotního nošení obuvi.   

ZÁVĚR 

Změny, ke kterým v organismu během involuce dochází, mají multifaktoriální příčiny. Jejich důsledky můžeme najít ve všech tělních systémech, tedy i v systému pohybovém. Změny laterální a mediální podélné klenby, pronačního úhlu, zatížení a kontaktní doby, které se tato práce snažila přiblížit ukazují, že i v hybnosti nohy dochází během involuce ke změnám. Noha nese celou váhu těla a tvoří při bipedální lokomoci jediný kontakt s podložkou. Proto na jejím postavení, svalové síle, timingu zapojení svalů a svalové souhře do určité míry závisí i postavení a funkční změny všech kraniálních segmentů.

Vzhledem k vyššímu věku, kterého se lidstvo dožívá, jsou otázky změn souvisejících s involucí stále aktuálnější. Při lepším pochopení změn, ke kterým dochází v pohybovém aparátu, bude nejen diagnostika ale i úspěch naší terapie vyšší nehledě na významný faktor prevence zbytečných následků nestability osob vyššího věku.  

Mgr. Michaela Vojtová

Vikova 1142/15

140 00  Praha 4-Krč

e-mail: vojtova.michaela@gmail.com 

MUDr. Jan Vacek, Ph.D.

Klinika rehabilitačního lékařství

3. LF UK a FNKV

Šrobárova 50

100 34  Praha 10

e-mail: vacek@fnkv.cz