Srovnání elektromyografické aktivity vybraných svalů při chůzi po rovině u lidí se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů s lidmi s fyziologickou osou dolních končetin

Souhrn

Jedná se o pilotní studii, která se zabývá komparativní analýzou elektromyografické aktivity vybraných svalů dolních končetin při chůzi po rovině mezi probandy se zvýšenou valgozitou v kolenních kloubech a kontrolní skupinou. Studie se zúčastnilo 10 probandů, 7 žen a 3 muži, ve věku 21–27 let. Rozřazení bylo provedeno na základě screeningového vyšetření osy dolních končetin ve frontální rovině, intermalleolární vzdáleností. Pomocní povrchové EMG byly registrovány oboustranně m. tibialis anterior, m. gastrocnemius lateralis, m. vastus medialis, m. adductor magnus, m. semimembranosus, m. tensor fasciae latae při chůzi po rovině konstantní rychlostí na běžeckém trenažéru 3 km/h. Byly hodnoceny normalizované hodnoty zprůměrněných 10 krokových cyklů a zprůměrněných stojných fází 10 krokových cyklů, výsledky v obou skupinách probandů byly statisticky porovnány. Výsledky ukázaly, že aktivita svalů m. gastrocnemius a m. tensor fasciae latae byla při chůzi v obou hodnocených variantách zvýšená ve skupině probandů se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů. Závěry práce poukazují na možnost cílené fyzioterapeutické intervence u pacientů s počínající valgozitou kolenních kloubů.

Klíčová slova:
elektromyografie, valgozita, kolenní kloub, chůze, m. tibialis anterior, m. gastrocnemius lateralis, m. vastus medialis, m. adductor magnus, m. semimembranosus, m. tensor fasciae latae

ÚVOD

Zvýšená valgozita kolenního kloubu není pouze kosmetický problém, ale představuje rizikový faktor pro časný rozvoj artrózy kolenního kloubu a poranění vazivového aparátu kolenního kloubu při sportovní činnosti. Výrazná valgozita kolenního kloubu bývá součástí systémových onemocnění, jako například rachitis, může být také vrozenou deformitou, nebo způsobená úrazovým mechanismem. V případě mírné neprogresivní zvýšené valgozity kolenního kloubu se v literatuře popisuje řada příčin. Může být způsobena poruchou posturálního vývoje (13), nadváhou spojenou s hypoaktivitou (5, 10, 22), zvýšenou laxicitou vaziva (17, 21), kontrakturou iliotibiálního traktu a fascia lata (6, 11), zkrácením některých svalů (m. tensor fasciae latae a zevní rotátory kyčelního kloubu), oslabením abduktorů kyčelního kloubu, zejména m. gluteus medius nebo mediálních „hamstrings“ (12) či zvětšením anteverze pánve (25).

Pro posouzení míry valgozity kolenního kloubu je zapotřebí změřit velikost tibiofemorálního úhlu, který vyjadřuje vzájemný vztah femuru a tibie ve frontální rovině (21). Základní a nejpřesnější metoda změření velikosti T-F úhlu se provádí za pomoci RTG snímku, do kterého se následně proloží mechanická a anatomická osa dolní končetiny. Mechanická osa DK popisuje přímku vedenou ze středu hlavice femuru do středu hlezenního kloubu, která by za fyziologické situace měla probíhat středem kolenního kloubu. Pokud probíhá od středu kolenního kloubu laterálně, znamená to, že kolenní kloub se vychyluje do valgozity, tedy mediálně. Mechanická osa se liší od anatomické, která posuzuje T-F úhel vytvořením přímek v místě diafýzy femuru i tibie. RTG snímky se pořizují vestoje v předozadní projekci na dlouhý formát (4, 5, 21).

Posouzení míry valgozity kolenních kloubů lze provést několika dalšími typy neinvazivních měřících způsobů (21):

1. Intermalleolární vzdálenost (distance)

Toto základní screeningové vyšetření k posouzení rozsahu valgozity kolenních kloubů je nenáročné na čas a v klinických podmínkách je nejvyužívanější a nejjednodušší metodou. Provádí se tím způsobem, že se změří vzdálenost mezi vnitřními kotníky pacienta posuvným měřítkem, který stojí s DKK u sebe tak, aby se jeho kolena lehce dotýkala. Je to však metoda nepřesná, která slouží pouze k rychlému vyšetření. Není standardizovaná a nelze z ní odečíst příčinu vzniku osové deformity dolní končetiny (21).

2. Antropometrická metoda

Metoda byla vytvořena pro monitorování velikosti T-F úhlu v průběhu času a k porovnání výsledku léčby (ortézováním), při které se nezatěžuje tělo RTG zářením. Přesto se uvádí, že je srovnatelně přesná jako měření s pomocí RTG snímku (obr. 1). Metoda spočívá v označení předem daných antropometrických bodů na DKK člověka, jako jsou trochanter major, střed kolenního kloubu – apex patelly, střed hlezenního kloubu – polovina spojnice mezi mediálním a laterálním malleolem. Tyto body se přenesou na čtverečkovaný rastr, který je umístěn na stěně za stojícím probandem. Poté se změří svislé a vodorovné vzdálenosti jednotlivých bodů od sebe a jejich hodnoty se dosadí do vzorce pro výpočet T-F úhlu (4).

3. „Ap-mal“ parametr

Rozdílem vzdáleností středů kolenních kloubů a kotníků vznikne hodnota udávající míru velikosti T-F úhlu. Udává se, že je vhodnější než IM distance (21). Parametr však není standardizován ani klinicky využíván.

4. Fotografická metoda

Principem této metody je pořízení fotografie stojícího pacienta, na kterém jsou vyznačeny tři antropometrické body bilaterálně na obou DKK. Jsou to body na iliospinale anterius, apex patelly a střed hlezenního kloubu. Tyto body se na fotografii následně vzájemně propojí a výsledný T-F úhel se změří pomocí úhloměru (21).

Měření T-F úhlu pomocí goniometru na stojícím či ležícím pacientovi je zatíženo signifikantní chybou, a proto není vhodné (4, 21).

Indikace k chirurgické léčbě není podle Dungla (5) přesně definovaně dána, a proto se mezi jednotlivými autory publikací liší. Petrášová a kol. (21) doporučují při 6 cm IM distance u dětí zvýšenou pozornost a při nelepšícím se stavu či zhoršení pacienta indikovat k léčení. Oproti tomu Janíček a kol. (10) považují IM vzdálenost 10-12 cm u dětí věku od 2 do 6 let jako fyziologický nález, který by se měl do věku 10 let spontánně upravit. Dungl (5) podle svých zkušeností indikuje k léčení tehdy, pokud je IM vzdálenost větší než 6 cm.

Pokud je příčinou zvýšené valgozity kolenního kloubu kontraktura iliotibiálního traktu, lze si tuto domněnku snadno ověřit Oberovou zkouškou (6).

Operační léčba pro řešení korekce genu vlagum je dobře rozpracována a není předmětem této práce. V rámci konzervativní terapie se doporučuje ortézování a cvičení, které ale není blíže specifikováno, a pokud ano, nepohybuje se v oblasti Evidence base medicine. Snahou této práce je prostřednictvím elektromyografické analýzy nalézt charakteristický vadný pohybový stereotyp, který by bylo možno následně fyzioterapeuticky ovlivnit.

Studie vychází z experimentu, který byl proveden v rámci diplomové práce na UK FTVS v Praze (15). V našem experimentu jsme hodnotili pomocí povrchové elektromyografie svalovou aktivitu vybraných svalů dolních končetin během chůze. Tento pohyb byl vybrán, protože se jedná o základní pohybový vzor ve vertikále, který člověk intenzivně během dne používá, a tudíž může mít výrazný vliv na rozvoj valgózního postavení kolenního kloubu.

METODY VÝZKUMU

Charakteristika výzkumné skupiny

Výzkumu se zúčastnilo 10 probandů (7 žen a 3 muži) ve věku od 21 do 27 let, kteří byli v době experimentu bez zdravotního omezení a bez onemocnění pohybového aparátu v anamnéze. Zároveň žádný z nich nebyl vrcholovým sportovcem a nevěnoval se intenzivnímu fyzickému tréninku.

Charakteristika experimentu

Nejprve byli probandi rozřazeni do dvou skupin podle toho, zda mají či nemají zvýšenou valgozitu kolenních kloubů. Skupinu bez zvýšené valgozity jsme považovali za kontrolní. K tomuto účelu byla využita screeningová metoda měření míry valgozity kolenních kloubů – intermalleolární vzdálenost (tab. 1). V případě, že se navzájem dotýkala kolena a mezi kotníky byla patrná mezera, pokládal se test za pozitivní a takový jedinec byl zařazen do skupiny se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů. Naopak při dotyku kotníků a mezery mezi koleny byl test negativní a odkazoval do skupiny kontrolní. Následně se provedlo přesnější měření (4), které využívá poměrů mezi vzdálenostmi antropometrických bodů na dolních končetinách a dosazením do vytvořeného vzorce se vypočítala hodnota tibiofemorálního (T-F) úhlu (tab. 2).

Metodika sběru dat

Elektromyografická aktivita byla snímána pomocí telemetrického 16kanálového povrchového EMG přístroje od firmy Neurodata za současné videomonitorace (obr. 1). Pro měření bylo vybráno šest svalů dolní končetiny bilaterálně: m. tibialis anterior, m. gastrocnemius lateralis, m. vastus medialis, m. adductor magnus, m. semimembranosus, m. tensor fasciae latae. Aplikace elektrod na jednotlivé svaly byla zvolena podle doporučení (obr. 2) (16). Vzorkovací frekvence byla stanovena na 1500 Hz a pásmová propustnost 5–500 Hz (20). Získaný elektromyografický signál byl následně normalizován k hodnotám maximální volní kontrakce (MVC). Výchozí poloha probanda při měření MVC pro každý jednotlivý sval vycházela z polohy či její modifikace při měření svalové síly dle Kendalla (12).

Měřené parametry

Pro výzkum byla vybrána chůze po rovině na běhátku s konstantní rychlostí 3 km/h, která trvala tři minuty (obr. 3). Jako hodnocené parametry chůze se určily úsek 10 krokových cyklů a stojná fáze kroku 10 krokových cyklů, která byla stanovena podle definice jednotlivých fází krokového cyklu. To znamená, že počátek stojné fáze byl brán jako první kontakt paty s podložkou a ukončení fáze signalizoval poslední kontakt palce nohy těsně před jeho odlepením od povrchu. Začátek a konec stojné fáze kroku byl vybrán vizuálně pomocí doprovodného videozáznamu společně se signifikantní aktivitou m. tibialis anterior podle průběhu amplitudy jeho elektrické aktivity (26).

Zpracování a analýza dat

Pro zpracování naměřeného elektromyografického signálu byl použit program MyoResearch XP Master Edition od firmy Noraxon (obr. 4). Křivka EMG záznamu byla před vlastním hodnocením rektifikována a vyhlazena pomocí střední kvadratické hodnoty. Na takto upravený záznam byla použita analýza „Average activation“. Jako hodnocený parametr zde tedy byla zvolena průměrná amplituda (v jednotkách µV). Následně byly průměrné amplitudy každého svalu normalizovány k maximální svalové kontrakci (MVC) daného svalu.

Dále bylo provedeno statistické vyhodnocení získaných normalizovaných hodnot každého svalu všech probandů z obou skupin. Byl použit T-test na hladině 95% významnosti, tedy alfa se rovná 0,05. Hodnocení bylo provedeno zvlášť pro zprůměrněnou hodnotu 10 krokových cyklů a samostatně pro stojnou fázi 10 krokových cyklů u obou sledovaných skupin.

VÝSLEDKY

Ve studii byl hodnocen rozdíl normalizované elektrické aktivity všech šesti svalů bilaterálně (m. tibialis anterior, m. gastrocnemius lateralis, m. vastus medialis, m. adductor magnus, m. semimembranousus, m. tensor fasciae latae) při chůzi po rovině na běhacím pásu, jak u skupiny probandů s valgozitou kolenních kloubů, tak ve skupině kontrolní. Do hodnocení bylo zahrnuto 10 probandů.

Normalizované hodnoty průměrné amplitudy k MVC byly vypočítány pro každý sval každého probanda v rámci obou měřených skupin. Následně jsme vypočítali aritmetický průměr normalizovaných hodnot průměrné amplitudy každého svalu všech probandů ve skupině s valgozitou, který jsme porovnali s aritmetickým průměrem normalizovaných hodnot průměrné amplitudy každého svalu všech probandů kontrolní skupiny. Pro hodnocený parametr 10 krokových cyklů vyšlo porovnání mezi oběma skupinami (graf 1).

Pro zjištění, zda-li se mezi oběma skupina objevuje statisticky významná odchylka zvýšené či snížené aktivity svalu během chůze po rovině, se normalizované hodnoty k MVC každého svalu porovnaly pomocí statistického Studentova T-testu. Za statisticky významnou odchylku byla brána hodnota „p“, která byla menší než hladina významnosti (alfa=0,05). U hodnoceného parametru 10 krokových cyklů byla tato statisticky významná odchylka patrná u tří svalů, u m. gastrocnemius lateralis bilaterálně a u m. tensor fasciae latae vlevo, kde v případě m. gastrocnemius lateralis sinister byla hodnota p=0,011409; u m. gastrocnemius lateralis dexter p=0,003778; u m. tensor fasciae latae sinister bylo p=0,028031. U všech byly tyto hodnoty ve smyslu zvýšené elektrické aktivity svalů probandů skupiny se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů oproti kontrolní skupině.

Pro hodnocený parametr stojná fáze kroku 10 krokových cyklů byly opět vypočítány normalizované hodnoty průměrné amplitudy k MVC pro každý sval každého probanda v rámci skupiny s valgozitou, který jsme porovnali s aritmetickým průměrem normalizovaných hodnot průměrné amplitudy každého svalu všech probandů kontrolní skupiny. Výsledné hodnoty ukazuje graf 2.

Stejně jako v předchozím případě se pro normalizované hodnoty průměrné amplitudy k MVC každého svalu mezi oběma skupinami při chůzi po rovině aplikoval Studentův T-test. Pro hodnocený parametr stojná fáze kroku 10 krokových cyklů byla statisticky významná odchylka zjištěna u čtyř svalů, konkrétně m. gastrocnemius lateralis bilaterálně a m. tensor fasciae latae bilaterálně. Výsledky hodnot „p“ pro tyto svaly byly: m. gastrocnemius lateralis sinister, p=0,001778; m. gastrocnemius lateralis dexter, p=0,00223; m. tensor fasciae latae sinister, p=0,005743; m. tensor fasciae latae dexter, p=0,038129. U všech byly tyto hodnoty ve smyslu zvýšené elektrické aktivity svalů probandů skupiny se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů oproti kontrolní skupině.

Ve výsledku lze shrnout, že hodnocený parametr stojná fáze kroku 10 krokových cyklů je citlivější než parametr celých 10 krokových cyklů. Statisticky významná odchylka v rámci porovnání elektrických aktivit svalů byla sice pozitivní pouze u dvou svalů bilaterálně, nicméně u dalších dvou svalů (m. vastus medialis a m. adductor magnus bilaterálně) je patrné zvýšení elektrické aktivity svalu u skupiny se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů oproti kontrolní skupině.

DISKUSE

V průběhu našeho experimentu jsme nalezli odlišné zapojení svalů během chůze mezi jednotlivými skupinami probandů, a to konkrétně vyšší svalovou aktivitu m. tensor fasciae latae a m. gastrocnemius lateralis u skupiny probandů se zvětšenou valgozitou kolenních kloubů. Tento výsledek byl výraznější u hodnoceného parametru stojné fáze chůze. To souhlasí s tvrzením (8), ve kterém autoři popisují náhradní mechanismus zapojení m. tensor fasciae latae při stojné fázi chůze v případě nedostatečně silného m. gluteus medius. Tato situace je potvrzena řadou studií, ve kterých se zmiňuje nedostatečná síla abduktorů kyčelního kloubu, zejména m. gluteus medius, ve vztahu k výskytu zvýšené valgozity kolenních kloubů (1, 2, 3, 8, 23).

Zvýšená aktivita m. tensor fasciae latae u probandů s valgozitou kolenních kloubů koresponduje i se skutečností, že tento sval, a potažmo celý tractus iliotibialis, bývá v případě této deformity často terapeuticky ovlivňován, jelikož dochází k jeho zvýšenému napětí až ke kontraktuře (6, 11, 12). V dalších studiích by bylo ale vhodné měřené svaly rozšířit o gluteální svaly, zejména m. gluteus medius a m. gluteus maximus, které by vyvrátily či potvrdily výsledky ostatních autorů (18).

Přes většinu studií, zabývajících se vlivem proximálně uložených svalů kolem kyčle na postavení DK ve frontální rovině, se také uvádí, že je zde možnost výskytu dalších svalů a jejich rozdílné aktivity při různých pohybových činnostech majících vztah ke zvýšené valgozitě kolenních kloubů, a proto se také doporučují k dalšímu vyšetření (3). Takovým případem se v našem výzkumu ukázala aktivita m. gastrocnemius lateralis. U skupiny probandů s valgozitou kolenních kloubů se tento sval aktivoval výrazněji více, než-li ve skupině kontrolní. Takový výsledek je předmětem řady otázek. Není jasné, jestli je to kompenzační mechanismus vzniklé situace, nebo právě její příčina. Nicméně lze uvažovat na základě Véleho (28) o tvrzení, že lýtkové svalstvo se při stojné fázi DK při chůzi podílí na stabilizaci kolenního kloubu a m. gastrocnemius má snahu zajistit větší stabilizaci kolenního kloubu na úkor proximálně uložených svalů (24). Aktivita m. triceps surae totiž bývá spíše spojována s propulzní funkcí, zvedající celé tělo od podložky dopředu a vzhůru (28). Může to také být vyrovnávající postavení nohy, jelikož u osob s valgozitou kolenních kloubů je častým doprovodným projevem pronace talu (7) a plochonoží (5, 10). Ve studii (30) se ovšem ukázalo, že plochá noha nemá při chůzi člověka vliv na aktivitu svalů bérce, tato aktivita je podle výzkumu bez rozdílu mezi lidmi bez a s plochonožím. Proto lze předpokládat, že vyšší aktivita m. gastrocnemius lateralis má přímý vztah k problematice valgozity kolenních kloubů vyjádřený v souvislosti s chůzí člověka po rovině i do kopce. Tuto domněnku by bylo možné potvrdit v případě, že by v dalším výzkumu byly měřeny obě hlavy lýtkového svalu, jak mediální, tak laterální, testovalo by se více pohybových činností a výsledky by byly podobné.

Zvýšená aktivita m. vastus medialis ve skupině probandů s valgozitou kolenních kloubů byla v souladu s předchozí studií (19). Probandi svým výzkumem potvrdili hypotézu, že existuje lineární vztah velikosti přípravné aktivity m. quadriceps femoris předcházející dopadu nohy na podložku „landing“ s rozsahem valgozity kolenního kloubu. V našem případě k tomuto jevu nedošlo, svalová aktivita byla mezi skupinami srovnatelná. V návaznosti na tuto informaci by bylo vhodné znát ještě amplitudu svalové aktivity během chůze i pro m. vastus lateralis, jelikož se uvádí, že obnovou koordinace stehenního mediálního a laterálního svalstva v případě jejich dysbalance by se měla snížit velikost valgozity kolenního kloubu, a tak snížit riziko možného poranění předního zkříženého vazu (19). Jako v případě adduktorů se neukázala statisticky významná hodnota, ale můžeme pozorovat vyšší aktivitu tohoto svalu ve skupině se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů.

ZÁVĚR

Cílem této diplomové práce bylo porovnat elektrickou aktivitu vybraných šesti svalů dolní končetiny bilaterálně (m. tibialis anterior, m. gastrocnemius lateralis, m. vastus medialis, m. adductor magnus, m. semimembranousus, m. tensor fasciae latae) pomocí povrchové elektromyografie mezi skupinou probandů se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů a skupinou probandů bez valgozity kolenních kloubů měřených při chůzi po rovině a do kopce na běžícím pásu. Kromě měřeného úseku celých deseti krokových cyklů se vyhodnotila ještě stojná fáze každého kroku stejného rozsahu. Na základě prostudované literatury se předpokládalo, že dojde k určitému rozdílu v elektrické aktivaci jednotlivých svalů mezi skupinami probandů.

Výsledky ukázaly, že aktivita svalů m. gastrocnemius a m. tensor fasciae latae byla při chůzi v obou hodnocených variantách zvýšená ve skupině probandů se zvýšenou valgozitou kolenních kloubů. Přestože se jednalo o pilotní studii s omezeným počtem probandů, je zřejmé, že získané závěry poukazují na možnost cílené fyzioterapeutické intervence u pacientů s počínající valgozitou kolenních kloubů.

Příspěvek vznikl s podporou VZ MŠMT ČR MSM 0021620864.

Program rozvoje vědních oblastí na Univerzitě Karlově P38.

Adresa pro korespondenci:

MUDr. David Pánek, Ph.D.

Katedra fyzioterapie FTVS UK

J. Martího 31

162 52 Praha 6

e-mail: panek@ftvs.cuni.cz