Hodnocení svalové aktivace povrchovou elektromyografií u pacientů s Parkinsonovou nemocí při postavení na jednu dolní končetinu

Souhrn

U Parkinsonovy nemoci patří mezi hlavní příznaky poruchy rovnováhy, které jsou spojeny s vyšším rizikem pádů a úrazů. Pořadí a vzorce zapojování svalů u těchto nemocných v posturálně náročnějších situacích nejsou dosud dostatečně prozkoumány. Proto bylo v předložené práci studováno u skupiny pacientů s Parkinsonovou nemocí a u kontrolního souboru pořadí svalové aktivace při postavení ze dvou na jednu dolní končetinu s použitím povrchové elektromyografie (sEMG). Cílem bylo zjistit, zda se pořadí aktivace mezi oběma soubory liší a zda jsou nálezy závislé na míře elevace nestojné dolní končetiny. Vedlejším cílem bylo stanovení, zda se liší sEMG nálezy na preferované (dominantní) a nepreferované (nedominantní) dolní končetině. Mezi oběma soubory byly registrovány rozdíly v pořadí aktivace svalů, dále byly zjištěny u obou souborů změny v závislosti na míře elevace nestojné dolní končetině a rozdíly mezi pořadím svalové aktivace na preferované (dominantní) a nepreferované dolní končetině.

Klíčová slova:
Parkinsonova nemoc, povrchová elektromyografie, svalová aktivace, test stoje na jedné noze, dominantní dolní končetina, preferovaná dolní končetina

Úvod

Pacienti s Parkinsonovou nemocí (PN) mají v důsledku rigidity a změny pohybových programů odlišné vzorce zapojování svalů. Ty se podílejí na poruchách lokomoce a na poruchách udržování rovnováhy. Neurorehabilitace nemocných s PN má za cíl snížit rizika pádů a zlepšit jejich schopnost lokomoce a dalších motorických aktivit. Přitom dosud není dostatečně prostudováno, zda se liší sekvence zapojování svalů jejich dolních končetin v situacích vyžadujících zvýšené nároky na udržení rovnováhy. Změny vzorců svalové aktivace byly u nemocných s PN pozorovány i v závislosti na účincích dopaminergní medikace (2).

Proto jsme se v předložené práci zaměřili na registraci svalové aktivity vybraných svalů metodou povrchové elektromyografie (sEMG) v modelové situaci změny stoje ze dvou do stoje na jednu dolní končetinu (odpovídající například zahájení chůzového cyklu) u pacientů s PN, kdy jejich nálezy byly ve stejném motorickém manévru srovnávány s nálezy svalové aktivace u členů kontrolního souboru. Pro odlišení náročnosti zvoleného pohybového manévru byly zvoleny dvě výšky elevace jedné dolní končetiny. Studovali jsme, zda se pořadí aktivace svalů liší mezi skupinou nemocných s Parkinsonovou nemocí (PN) a kontrolní skupinou probandů odpovídajícího věku (bez postižení nebo onemocnění nervového a pohybového systému), a dále, zda lze pomocí sEMG zachytit charakteristické nebo častěji se objevující sekvence svalových aktivací ve dvou modifikacích motorického manévru s odlišnou posturální náročností, a to při malé (M) nebo velké (V) elevaci druhé končetiny. Skupina s PN byla zvolena pro poruchy aktivace a koaktivace agonistů a antagonistů (3) v rámci poruch řízení motoriky (motor control) a rigidity, a dále k posouzení, zda změny pořadí zapojování svalů mohou být jedním z potenciálních faktorů pro rozvoj pádů těchto nemocných ve stoji a při chůzi. Uvádí se, že odlišné využívání hlezenní a kyčelní strategie u těchto nemocných může být jednou z příčin u nich popisovaných poruch rovnováhy (12). Zjištění odlišností v zapojování svalů, podílejících se na udržování postury vstoje, by tak mělo u těchto nemocných přispět k cílenějšímu zaměření rehabilitace.

METODIKA

V předložené práci byl studován soubor ambulantně rehabilitovaných nemocných s PN (pět mužů a pět žen), průměrného věku 68,5±8,2 roku, s průměrnou dobou trvání onemocnění 6,8±4,1 let a stadia onemocnění podle Hoehnové a Yahra 2,6±0,8 (s rozmezím u členů souboru 1-4), kteří docházeli pravidelně na skupinová cvičení řízená fyzioterapeutkou, dlouhodobě se zabývající nemocnými s touto diagnózou. Nemocní měli v době hodnocení stabilní medikaci a vyšetřováni byli vždy v době účinku L-Dopa (tj. v tzv. on-fázi). S tímto souborem byl porovnáván kontrolní soubor, který byl tvořen 12 ženami (průměrný věk 61,3±4,8 roku), které byly bez známek postižení nebo onemocnění nervového nebo pohybového systému a podle anamnézy neprodělaly úrazy nebo operace dolních končetin či páteře a v době vyšetření netrpěly bolestmi pohybového systému (jednalo se o frekventantky univerzity třetího věku). Lateralita dolní končetiny byla zjišťována pomocí testu dle Wai-Hang (10).

Studované pohybové situace

Probandi obou souboru (PN i kontrolního) byli po zacvičení vyzváni, aby z klidného stoje na dvou končetinách, se vzdáleností mezi chodidly na šířku pánve, provedli částečnou flexi v kyčelním a kolenním kloubu jedné dolní končetiny a zůstali stát na druhé končetině. Pro posouzení vlivu změny náročnosti této situace byly zvoleny dvě výšky elevace dolní končetiny – malá elevace (M) a velká elevace (V) nohy od podložky. Pohybové zkoušky byly prováděny jak na preferované (dominantní), tak i na nepreferované (nedominantní) dolní končetině (aby se zjistilo, zda jsou mezi nimi rozdíly v sekvenci aktivací). Způsob provedení zkoušek byl stejný u pacientů s PN i u členů kontrolního souboru. Všichni pacienti s PN byli vyšetřováni v on-fázi účinku dopaminergní medikace. Hodnoty byly v obou souborech získávány ze tří opakování každé zkoušky.

Způsob provedení zkoušky postavení na jednu dolní končetinu na pevné podložce byl následující:

Malá elevace (M) – proband stál na obou dolních končetinách 10 s, následně odlepil nohu jedné končetiny od podložky (zvedl ji asi o 10-15 cm) a držel ji v této pozici 10 s. Následně položil zvednutou dolní končetinu na podložku a stál dalších 10 s v klidu.

Velká elevace (V) – provedena obdobně jako malá elevace, pouze s tím rozdílem, že nestojnou dolní končetinu proband flektoval v kyčelním a kolenním kloubu a elevoval nohu nad podložku do výše 25-30 cm a v této pozici ji držel 10 s, poté ji položil na podložku a stál dalších 10 s v klidu na obou nohách.

Povrchová elektromyografie (sEMG)

Pro registraci svalové aktivity povrchovými elektrodami byl použit elektromyografický přístroj Noraxon–Myosystem 1400A. Záznamy byly zpracovávány programem MyoResearch XP Master Version 1.03.05. Signál byl snímán osmi svody s 1000 Hz frekvencí. Místa uložení elektrod byla označena podle doporučených metodických postupů a následně byly přiloženy elektrody na vybrané svaly bilaterálně (4, 8):

• nad m. tibialis anterior (TA) – na horní 1/3 holenní kosti laterálně od tibie
• nad mediální hlavu m. gastrocnemii (MG) – na bříško mediální hlavy tohoto svalu
• nad m. gluteus maximus (GM) – na spojnici mezi trochanter major a os lacrum
• nad homolaterální mm. erectores spinae (ES) – ve výši trnů L2-L3.

Součástí prvního svodu byla zemnicí elektroda, která byla umístěna na tuberositas tibiae. Na každý sval byly přiloženy dvě elektrody, mezi kterými byla vzdálenost 1 cm. Odpor EMG přístroje byl > 10 MΩ a velikost elektrody (samolepící jednorázové elektrody firmy Kendall) byla 24 mm. Z sEMG záznamu bylo zjišťováno pořadí zapojování svalů (timing), kdy začátek aktivitace jednotlivých svalů byl určován v okamžiku, když dosáhl 10 % hodnoty peaku (maximální hodnoty pro aktivaci svalu) přičtené ke klidové elektromyografické aktivitě daného svalů před zahájením pohybu. V případě, že časový rozdíl v aktivaci mezi dvěma svaly byl menší než 10 ms, bylo hodnoceno jako synchronní svalová aktivace. Bylo studováno, zda lze sEMG zjistit v těchto dvou pohybových situacích (různé obtížnosti) rozdíly v pořadí aktivace svalů mezi skupinou nemocných s Parkinsonovou nemocí (PN) a členy kontrolní skupiny, a to jak při postavení na preferovanou (dominantní), tak i na nepreferovanou (nedominantní) dolní končetinu.

Pro statistické zpracování byl použit program StatSoft 9.0. a pro zjištění statické významnosti byly použity neparametrický Kruskal-Wallisův test a Mannův-Whitneyův test (p<0,05).

VÝSLEDKY

Při postavení na preferovanou (dominantní) dolní končetinu a při malém zvednutí (M) nepreferované dolní končetiny se u pacientů s Parkinsonovou nemocí ve vysokém procentu případů mm. erectores spinae (ES) buď nezapojovaly (u 40 % z nich), nebo se zapojovaly jako poslední (rovněž u 40 %). U pacientů s PN se, na rozdíl od kontrolního souboru, časně zapojoval m. gluteus maximus (GM – v 90 % jako první nebo druhý). TA a MG se u souboru s PN zapojovaly ve variabilním pořadí, obdobně jako u kontrolního souboru. Naproti tomu u kontrolního souboru byla zachycena u většiny členů časná aktivace homolaterálních mm. erectores spinae (ES) a pozdější aktivace mediální hlavy m. gastrocnemii (MG). Obdobně jako u souboru s PN bylo i v kontrolním souboru zachyceno variabilní pořadí aktivace m. tibialis anterior (TA) a m. gluteus maximus (GM). Pořadí zapojování svalů při postavení na preferovanou (dominantní) končetinu a při malé elevaci (M) nepreferované dolní končetiny je zachyceno v grafu 1.

#graf:1#

Při postavení na preferovanou dolní končetinu, při vysokém zvednutí (V) nohy nepreferované dolní končetiny o 25-30 cm od podložky, byla u členů souboru s PN registrována časná aktivace GM (u 80 % z nich jako první nebo druhá v pořadí) a pozdní aktivace MG (u 70 % z nich jako třetí nebo čtvrtá), které předcházela aktivace TA (u 80 % jako druhá nebo třetí). I v této posturálně náročnější situaci se u 50 % pacientů s PN nepodařilo registrovat EMG aktivitu homolaterálních ES.

V kontrolním souboru byla zachycena při tomto postavení pozdní aktivace TA (u 70 % z nich jako třetí nebo čtvrtá v pořadí), které těsně předcházela aktivace MG (u 80 % členů souboru jako druhá nebo třetí). Odlišný nález oproti pacientům s PN byl zjištěn pro ES, které se zde aktivovaly, a to již časně (u 40 % jako první a u 30% jako druhé). U kontrolního souboru bylo možno při vysoké elevaci druhé končetiny sledovat tendenci k proximodistální aktivaci svalů na stojné dolní končetině. Pořadí zapojování svalů při vysoké elevaci (V) nepreferované dolní končetiny je zachyceno v grafu 2.

#graf:2#

Při postavení na nepreferovanou dolní končetinu s malou elevací (M) druhé končetiny byla u pacientů s PN zachycena časná aktivace TA (celkem u 80 % z nich se aktivoval jako první nebo druhý) a aktivace GM (rovněž u 80 % s EMG známkami časného zapojení). Naproti tomu se mediální hlava m. gastrocnemii (MG) aktivovala u 70 % členů tohoto souboru pozdě (v pořadí jako třetí nebo čtvrtý). Podobným nálezem jako při stoji na preferované dolní končetině, který i zde odlišil soubor s PN od kontrolního souboru, bylo vysoké procento pacientů (50 %), u nichž se při postavení na jednu dolní končetinu neaktivovaly homolaterální mm. erectores spinae.

U kontrolního souboru bylo zachyceno na stojné končetině variabilní pořadí aktivace TA, MG i GM. Naproti tomu zapojování ES bylo u nich v pozdějším pořadí (u 80 % na třetím nebo čtvrtém místě). Přitom u všech členů kontrolního souboru byla, na rozdíl od souboru s PN, zachycena aktivace ES v této pohybové situaci. Podrobné zachycení relativní četnosti pořadí zapojovaných svalů je v grafu 3.

#graf:3#

Při postavení na nepreferovanou (nedominantní) dolní končetinu s vysokou elevací druhé nohy (V) nebyla u 70 % pacientů s Parkinsonovou nemocí registrována EMG aktivita v homolaterálních ES. Časná aktivace m. gluteus se objevila u 90 % z nich (zapojoval se jako první nebo jako druhý sval). Mediální hlava m. gastrocnemii se aktivovala jako třetí u 60 % členů souboru, zatímco aktivace TA byla u nemocných s PN velmi variabilní (graf 4). U kontrolního souboru byla aktivace všech svalů variabilní, přesto bylo možno sledovat tendenci k proximodistální aktivaci, kdy homolaterální ES se u 40 % členů tohoto souboru aktivovaly jako první. Na stojné končetině byla zachycena EMG aktivace GM v 90 % v pořadí jako první až třetí, TA v 50 % jako druhá a mediální hlavy m. gastrocnemii (MG) v 60 % jako třetí nebo čtvrtá.

#graf:4#

DISKUSE

V předložené práci jsme se zaměřili na sledování a hodnocení nástupu svalové aktivity (timingu) při postavení na jednu dolní končetinu, která je součástí například chůzového cyklu. Při pohybu ze stoje na obou dolních končetinách do stoje na jedné dolní končetině používá organismus pro udržení stability ve stoji na jedné dolní končetině reaktivní strategii. V běžném klidovém stoji na obou dolních končetinách se u zdravých používá hlavně tzv. kotníková strategie v předozadním směru. Poloha COP (centre of pressure) přitom leží uvnitř opěrné báze, zatímco při stoji na jedné dolní končetině se poloha COP nachází v oblasti plochy vymezené chodidlem (11). Při nedostatečné aktivaci svalů v oblasti hlezenního kloubu se využívá kyčelní strategie a při selhání hlezenní a kyčelní strategie je používána kroková strategie (1).

Naším cílem bylo zjistit, zda u pacientů s PN dochází ke změně pořadí aktivace svalů při postavení na jednu dolní končetinu, oproti osobám odpovídajícího věku, bez postižení nervového a pohybového systému. Vyšetření byla u souboru pacientů prováděna v tzv. on-fázi, tj. v době rozvinutého účinku dopaminergní terapie, protože bylo popsáno (1), že timing distálních svalů se u pacientů s PN v tzv. off-fázi (tj. při odeznívání efektu L-Dopa) odlišoval mnohem výrazněji od nálezů u kontrolních osob, než v on-fázi.

Podle výsledků dosažených v naší studii se v situaci s malým zvednutím (M) dolní končetiny nad podložku pořadí zapojování svalů na stojné dolní končetině mezi oběma vyšetřovanými skupinami lišilo. Časná aktivace GM u nemocných s PN by mohla nasvědčovat převaze kyčelní strategie při udržování rovnováhy v této pohybové situaci, kdy následně po aktivaci tohoto svalu nastoupila téměř současná aktivace TA a MG, která může přispívat v této fázi ke stabilizaci kotníku. Toto zjištění je v souladu s názorem (12), že při prakticky současné kontrakci agonistů a antagonistů v oblasti hlezenního kloubu dochází k „zafixování“ kloubů a podpoře rigidní postury. Obdobně Dietz a spolupracovnící (3) pozorovali v podobné modelové situaci (při chůzi) u pacientů s PN vyšší míru koaktivace antagonistických svalových skupin na dolních končetinách než u kontrolních osob. V naší studii zachycené vysoké procento nezapojení m. erectores spinae, nebo jejich pozdní aktivace, mohou nasvědčovat nedostatečné stabilizaci bederní páteře v dané situaci a současně i sníženou nebo pozdní korekci postury zádovými svaly (s převažující extenční funkcí). Přitom u zdravých osob popisuje Kolář (6), že se mm. erectores spinae aktivují i při flexi v kyčelním kloubu.

U kontrolního souboru bylo možno registrovat tendenci k proximodistální strategii, kdy se časně zapojovaly ES a GM, zatímco vyšší procenta aktivace TA a MG byla až ve třetím nebo čtvrtém pořadí vyšetřovaných svalů.

Při postavení na preferovanou (dominantní) končetinu s vysokou elevací (V) nedominantní končetiny se u pacientů s PN v ještě ve vyšším procentu (v 50 %) nezapojovaly ES. Obdobně jako při malé elevaci (M) se u tohoto souboru časně zapojoval GM, který se podílí na kyčelní strategii. Na rozdíl od M elevace byla u vysoké elevace (V) pacientů registrovatelná proximodistální sekvence zapojování svalů, kdy se jako poslední aktivoval MG. Překvapivým zjištěním byla skutečnost, že většina pacientů s PN byla schopna tuto náročnou posturální situaci zvládnout bez dopomoci, pouze jeden pacient potřeboval manuální korekci a zabezpečování fyzioterapeutem po postavení na jednu nohu.

U kontrolního souboru bylo, oproti pacientů s PN, zachyceno opačné pořadí zapojování TA a MG, kdy u nich se o něco dříve podle pořadí aktivoval MG. Zde již byla, v souladu s údaji (6), při flexi v kyčli registrována časná aktivace ES, přispívající ke zpevnění bederní páteře a zapojení zádového svalstva v prováděném pohybovém manévru. Obdobně, jako u pacientů s PN, byla i v kontrolním souboru zachycena v této pohybové situaci tendence k proximodistální aktivaci.

I při postavení na nedominantní (nepreferovanou) dolní končetinu bylo u pacientů s PN v situaci s malou elevací jedné dolní končetiny od podložky opět zachycena vysoká relativní četnost nezapojení ES. Tento nález byl tedy u tohoto souboru opakovaně registrován jak při postavení na dominantní, tak na nedominantní dolní končetinu, a to jak při malé, tak i vysoké elevaci nohy druhé končetiny. Spolu s tím se u tohoto souboru objevovala při malé (M) i vysoké (V) elevaci druhé dolní končetiny časná aktivace GM, která, jak již bylo zmíněno, může přispívat ke kyčelní strategii při udržování rovnováhy v této situaci. Časná aktivace TA u nich byla zachycena pouze při malé elevaci.

V kontrolním souboru se lišilo pořadí aktivace ES mezi situacemi s malou elevací, při níž byla pozdní, a s vysokou elevací nohy druhé končetiny, kdy se zvýšilo zastoupení jejich časné aktivace. U tohoto kontrolního souboru byly zjištěny rozdíly mezi pořadím aktivace svalů na dominantní a nedominantní končetině, čím se tento nález v naší studii liší od nálezů z prací Hoffmana a spolupracovníků (5) a McCurdyho a Langforda (9), kteří v posturálních situacích, použitých v jejich pracích, nezjistili významné rozdíly mezi dominantní a nedominantní končetinou.

Rozdíly v sekvenci zapojování svalů zachycené sEMG mezi pacienty s PN a kontrolním souborem mohou být podmíněny nejen poruchami řízení pohybu u skupiny nemocných, ale rovněž jejich poruchami propriocepce (7), přestože se v modelovém pohybovém manévru, s výjimkou jednoho z nich, neprojevily a posturálně náročné situace zvládali.

Studie u souboru pacientů s PN, s použitím vícekanálové sEMG, prokázala odlišnosti v sekvenci zapojování svalů dolní končetiny a homolaterálních mm. erectores spinae od nálezů u kontrolního souboru, kdy tyto nálezy lze interpretovat jako rozdíly v aktivaci posturálních strategií a mechanismů, které nasvědčují při rehabilitaci těchto pacientů potřebě zařazení prvků senzomotorických cvičení a střídání hlezenní, kyčelní a kotníkové strategie, jako prevence rozvoje těžších poruch rovnováhy a pádů.

ZÁVĚR

V předložené studii bylo zjištěno u pacientů s Parkinsonovou nemocí podle nálezů povrchové elektromyografie, že se při postavení ze dvou na jednu dolní končetinu nezapojují, nebo opožděně zapojují homolaterální mm. erectores spinae (ES). Naopak, časně se u nich zapojoval m. gluteus maximus, což může u PN nasvědčovat využívání kyčelní strategie v posturálně náročnějších situacích. Tyto nálezy se objevovaly při malé (M) i velké (V) elevaci nestojné dolní končetiny, a to jak při postavení na preferovanou (dominantní), tak i na nepreferovanou (nedominantní) dolní končetinu. U většiny členů kontrolního souboru se, na rozdíl od souboru s PN, homolaterální ES zapojovaly časně. Mezi oběma soubory byly registrovány rozdíly v pořadí aktivace svalů, dále byly zjištěny u obou souborů změny v závislosti na míře elevace nestojné dolní končetině a rozdíly mezi pořadím svalové aktivace na preferované (dominantní) a nepreferované dolní končetině. Pro mediální hlavu m. gastrocnemii (MG), jako jednoho z distálních hodnocených svalů, byla u souboru pacientů s PN pozorována, podle pořadí jeho zapojování, tendence k pozdější aktivaci, což by mohlo nasvědčovat skutečnosti, že tzv. kotníková strategie u nich není primárním mechanismem, podílejícím se na udržování rovnováhy v posturálně náročnějších situacích. Získané výsledky podporují potřebu zařazovat do rehabilitačního programu pacientů s PN pohybové manévry, při nichž se má střídat míra zastoupení kotníkové, kyčelní a krokové strategie a cvičení aktivující posturální zádové svaly ve funkční součinnosti se svaly dolních končetin.

Adresa pro korespondenci:

Mgr. Zaatar Amr Mohamed Zaki, Ph.D.

Katedra fyzioterapie FTK UP

Tř. Míru 115

771 11 Olomouc

e-mail: amr.zaatar@upol.cz