SLEDOVÁNÍ AKTIVITY VYBRANÝCH SVALŮ U NORDIC WALKING A CHŮZE POMOCÍ POVRCHOVÉ EMG

Súhrn

Organizace lidské lokomoce je fylogeneticky postavena na kvadrupedálním diagonálním vzoru. Při bipedii je přítomna polarizace lokomoce ve prospěch dolních končetin. Chůze s holemi (nordic walking) využívá aktivního zapojení ramenního pletence do lokomoce. Předmětem výzkumu je sledování rozdílů v práci hybné soustavy člověka při chůzi a při chůzi s holemi na jedné měřené osobě. K tomuto účelu jsme použili metodu povrchové elektromyografie synchronizovanou s videozáznamem.

Klíčová slova:
nordic walking, chůze, lokomoce, elektromyografie

ÚVOD

Bipedální chůzi člověka chápeme jako variantu lokomoce fylogeneticky vyvinutou z bazální kvadrupedie suchozemských tetrapodů. Při bipedii je přítomna polarizace lokomoce ve prospěch zadních, resp. dolních končetin. Pro srovnání uveďme lokomoci polarizovanou ve prospěch horních končetin – zavěšování, šplhání a brachiace (ručkování) primátů.

Volná bipedální chůze je vyvrcholením posturálně pohybové ontogeneze lidského jedince. V ontogenezi dozrávají rámcové pohybové programy do ryze individuální podoby chůze.

Lidskou volnou bipedální chůzi se svými atributy je možno považovat za typickou formu lokomoce živočišného druhu homo sapiens sapiens, za převažující formu přirozené lokomoce člověka moderní civilizované společnosti v jeho životním prostředí. Akrální část, chodidlo nohy, se stává distálně uloženým punctem fixem. To je v kontaktu s pevnou podložkou. Přes punctum fixum je realizováno přitahování k místu opory, přenáší se přes něj váha těla a od místa opory je realizován odraz. Punctum fixum se odvíjením chodidla odlepuje od podložky, v tuto chvíli ploska ztrácí svoji funkci puncta fixa, stává se punctem mobile. Noha nakračuje pro další pohybový cyklus.

Lidský jedinec ve svém vývoji prochází formou lokomoce, nazývané bazální kvadrupedie (8). Jedná se především o plazení a lezení po čtyřech. Pohyb je zajištěn jak ramenním pletencem, tak pánevním. Ramenní pletenec má z pohledu vývoje zpočátku dokonce dominantní funkci. V průběhu prvního roku života se ramenní pletenec uvolňuje z lokomoce pro manipulaci a úchop, dítě se vertikalizuje (10). Lokomoce kvadrupedální se transformuje v lokomoci bipedální. Z neurofyziologického hlediska však zůstává organizována ve zkříženém kvadrupedálním vzoru (12). Pozorujeme vyrovnávací souhyb trupu a horních končetin. Poslední fází vývoje lidské kvadrupedální lokomoce je stoj a chůze dítěte s oporou o zeď, nábytek, předměty, hovoříme o kvadrupedální lokomoci ve vertikále (10). Ramenní pletenec má svoje punctum fixum stále uloženo distálně. Svaly pracují ještě v uzavřeném kinetickém řetězci, charakter jejich práce je lokomoční, jak toto popsal Vojta (11).

Po opuštění opory horních končetin přestávají svaly trupu, pletence ramenního a horních končetin pracovat v  lokomočním režimu.

Chůze s holemi, severská chůze

Chůze s holemi má v horském prostředí dlouhou tradici. Pomáhá stabilizovat trup a zvětšovat opornou bázi na nerovném terénu. Moderní trendy využívání holí při chůzi jsou shrnuty v obsahu pojmu nordic walking. Tzv. severská chůze je aktualizací tradiční chůze s holemi v horském prostředí.

Orientačně spatřujeme značnou tvarovou podobnost běhu na lyžích klasickou technikou a severské chůze. Nedochází sice ke skluzu, ale oproti běžné chůzi se krok prodlužuje a odraz paže je dotažen důsledně až do akrální části jako při běhu na lyžích. Skupina tří učitelů lyžování prováděla v pilotní studii běh na lyžích a chůzi s holemi. Z hlediska kvality pohybu byly obě aktivity označeny jako podobné.

Chůze s holemi využívá zapojení pletence ramenního do lokomoce při turistice. Úroveň intenzity zatížení organismu může kolísat od velmi nízké až po vysokou. Podobně lokomoční zapojení ramenního pletence závisí na provedení pohybu, narůstá při chůzi do kopce (obr. 1, obr. 2).

Pro srovnání tvaru pohybu slouží vyobrazení obou zkoumaných forem lokomoce. Tedy volná bipedální chůze na obrázku 1 a chůze s holemi (nordic walking) na obrázku 2. Vyobrazení zároveň odpovídá vymezení dvojkroku na grafu EMG níže.

METODA

Předmětem výzkumu je sledování rozdílů v práci hybné soustavy člověka při chůzi a při chůzi s holemi. Pro zvýšení efektu zapojení ramenního pletence do lokomoce při chůzi s holemi byl zvolen terén se stoupáním 10°, v délce 30 m. Měření proběhlo po rozcvičení. Počet opakování 6 pro chůzi a 6 pro chůzi s holemi.

Obě pohybové aktivity byly sledovány pomocí povrchové elektromyografie (dále jen EMG) se synchronizovaným videozáznamem. Pro EMG záznam bylo užito mobilního zařízení na bázi EMG, neseného přímo na těle sportovce.

Specifikace přístroje

Přenosné EMG zařízení KaZe05, vyvinuté na FTVS UK v Praze. K dispozici bylo 7 kanálů pro přenos EMG potenciálů ze svalů s osmým kanálem pro synchronizaci EMG záznamu s videokamerou. Vzorkování 200 [1/sec], spodní filtr 29 Hz, horní filtr 1200Hz. 7 dvojic plochých elektrod o průměru 7 mm se vzdálenostmi středů 30 mm, uzemnění na zápěstí.

Design výzkumu

Studie se zabývala analýzou dvou rozdílných činností prováděných na jedné měřené osobě. Obě činnosti byly kvalitativně i kvantitativně posouzeny a vzájemně intraindividuálně porovnány. Výzkum měl charakter případové studie s experimentálním způsobem získávání dat. Nesledovanou proměnnou je rychlost lokomoce, manipulovanou proměnnou je přítomnost nebo nepřítomnost holí. Byla zkoumána jedna osoba, dlouholetá učitelka lyžování na FTVS UK v Praze se specializací běh na lyžích.

Specifické procedury

Výběr měřených svalů byl ovlivněn následujícími skutečnostmi:

1. Obě formy chůze jsou neurofyziologicky organizovány ve zkříženém lokomočním vzoru. Byly vybrány svaly na pravé straně trupu a horních končetin a na levé straně pánve a dolních končetin. Předpokládali jsme zřetězení svalových funkcí.
2. Profesionální učitelé běhu na lyžích ohodnotili chůzi s holemi jako pohybovou činnost s nižšími nároky na udržení rovnováhy. Byla zmíněna i obecně snížená bolestivost v oblasti bederní páteře při chůzi s holemi. Při intenzivním zapojení ramenního pletence do lokomoce lze rovněž předpokládat částečné snížení nároků na pánevní pletenec při zajišťování lokomoce.

Měřené svaly jsou uvedeny s nastavením citlivosti snímacích kanálů:

1. m. obliquus abdominis externus dx. 0,05 mV
2. m. latissimus dorsi dx. 0,1 mV
3. m. gluteus maximus sin. 0,05 mV
4. m. gluteus medius sin. 0,05 mV
5. m. gastrocnemius sin. 0,5 mV
6. m.biceps brachii dx. 0,05 mV
7. m. triceps brachii dx. 0,2 mV

Odlišnost nastavení citlivosti jednotlivých kanálů vyplývá ze specifiky elektromyografie jako metody (7). Není možné stanovit stejnou citlivost všech měřících kanálů. Na nižší EMG hladině náboru by na křivce vznikly sotva postřehnutelné a nečitelné efekty, při vyšší neregulované hladině by došlo k přetečení detekovaných dat, a tím k znehodnocení náboru EMG.

Svaly byly palpovány profesionálním fyzioterapeutem při simulované činnosti a do místa nejsilnější kontrakce byly elektrody umístěny. Fotodokumentace lokalizace elektrod je k dispozici u autorů článku.

Zpracování naměřených dat

Autoři článku se domnívají, že ve studii pokoušející se o objektivizaci koordinace pohybu hraje rozhodující úlohy posouzení timingu nástupu a odeznění svalové aktivity. Jako podpůrný byl sledován ukazatel celkové svalové práce při jednokrokovém cyklu.

Z každé činnosti bylo hodnoceno 60 kroků. Pro výpočet průměrného krokového cyklu jsme použili matematické evaluace křivky - srovnání časové osy x jednotlivých kroků a aproximace diskrétní křivky pomocí polynomu. Obdélníkovou metodou byla vypočtena průměrná plocha pod EMG křivkou v jednokrokovém cyklu (mezi dvěma odrazy levou dolní končetinou).

Metodologická poznámka

Elektromyografie jako metoda objektivizace svalových funkcí vyvolává řadu kontroverzních názorů (3, 4, 6, 7, 10). Primárně je nutné se smířit s faktem, že neměříme svalovou sílu. Neměříme práci svalu. Ale měříme elektrický potenciál, který jako fenomén existuje při svalové aktivaci a který tuto aktivaci nejvěrněji ilustruje na topicky přesně vymezeném místě svalu živého organismu. Z elektrického potenciálu usuzujeme na aktivitu motorické jednotky a z té na práci svalu.

Dále je nutné si uvědomit zejména:

1. Kvantitativně můžeme srovnávat pouze výsledky měření na jedné osobě bez přelepování elektrod a bez velké časové pauzy mezi měřením (pocení, odlepení elektrody). Nevýhodou je minimální možnost zobecnění výsledků.
2. Při analýze pohybové aktivity je vhodné vybrat probanda s vysokou mírou koordinace pohybu a s pevně fixovaným hybným stereotypem.
3. Zapojení velkého počtu motorických jednotek způsobuje vzájemnou interferenci signálu, která deformuje křivku. Přibližně od zapojení 50 % motorických jednotek nestoupá křivka dále lineárně, není možné poměrné posouzení svalové práce. Můžeme však konstatovat, jestli se svalová práce u jednoho svalu zvětšila nebo zmenšila mezi dvěmi různými činnostmi.
4. Bezvýznamná je snaha o poměrné posouzení svalové práce mezi dvěma různými svaly. Do hry vstupuje různá vodivost kůže na různých místech těla, odlišná síla podkožního tuku, různá velikost motorických jednotek (např. okohybné svaly vs. m. gluteus maximus).
5. Lokalizace elektrod je možná pouze do jednoho určitého místa svalu. Popisujeme-li aktivaci svalu, popisujeme vlastně aktivaci pouze místa svalu, kde jsou lokalizovány elektrody. Předpokládáme-li zřetězení svalových funkcí, pak při změně úhlu v kloubu se může posunout řetězec největšího zatížení v samotném svalu a znehodnotit tak výsledky měření. Východiskem je expertní vyhledání místa největší svalové kontrakce pro lokalizaci elektrod. Je samozřejmě nutné simulovat pohyb co nejvěrněji – tvar pohybu i charakteristika práce svalů ve smyslu kontrakce koncentrická vs. excentrická.

VÝSLEDKY

V tabulce 1 jsou uvedeny přepočtené hodnoty průměrných ploch pod EMG křivkou jednoho krokového cyklu.

Žlutě je označen signifikantní nárůst plochy pod EMG křivkou průměrného kroku (n=60) při chůzi s holemi. Jedná se především o m. latissimus dorsi dx. Nárůst vykázal i m. triceps brachii dx. Naopak modře označený signifikantní pokles plochy pod EMG křivkou u chůze s holemi nacházíme u m. obliquus abdominis externus dx., u obou měřených levých gluteálních svalů. U chůze s holemi se mírně zvětšila plocha m. biceps brachii dx. a naopak mírně zmenšila plocha u m. gastrocnemius sin. Grafické zpracování nacházíme na grafu 1.

Graf 2 ukazuje průběh aktivace měřených svalů v průběhu 2 reálně naměřených krokových cyklů. Krokový cyklus chůze trval průměrně 0,92 sec, cyklus u chůze s holemi trval průměrně 1,25 sec. Pro potřeby porovnání kineziologického obsahu pohybu jsou oba nábory graficky na časové ose sjednoceny.

DISKUSE

Při chůzi s holemi synchronizuje m. obliquus abdominis externus dx. svoji aktivaci s m. latissimus dorsi dx., s oběma dlouhými hlavami pravých pažních svalů a s m. gluteus medius sin. Druhý, menší vrchol, se pravidelně nachází v polovině časové osy mezi oběma hlavními vrcholy. Šikmý břišní sval pracuje zřejmě pro kontralaterální, neměřenou stranu.

Vyšší aktivaci m. obliquus abdominis externus při chůzi bez holí si můžeme zřejmě vysvětlit nutností více vyrovnávat torzní a rotační pohyby pánve bez existence puncta fixa na horní končetině. Sval se zároveň podílí na vytváření puncta fixa na hrudníku pro fázickou vyrovnávací práci paží.

Snížení aktivity m. obliquus abdominis externus dx. při chůzi s holemi vysvětlujeme existencí opory pro horní končetinu a lokomočním působením m. latissimus dorsi.

U m. latissimus dorsi dx. velmi jasně nacházíme výrazné lokomoční působení při chůzi s holemi. Pravděpodobně bude funkčně zřetězen: humerus, m. latissimus dorsi dx., fascia thoracolumbalis, crista iliaca sin., m. gluteus max. sin., fascia lata sin., tensor fasciae latae sin., fibula sin. (11). Působení m. latissimus dorsi je jak lokomoční, tak zřejmě i stabilizační pro oblast pánve, viz. níže. Jeho aktivace přetrvává po celou dobu lokomočního působení dlouhých hlav obou pažních svalů. V součinnosti s ipsilaterálními m. biceps brachii dx., caput longum a m. triceps brachii dx., caput longum dosahují tyto svaly vrcholu aktivace v pozici, kdy je paže s holí v závěrečné části odpichu, podél boků. To by podpořilo myšlenku, že v průběhu odpichu v pozici podél boků je největší efektivita tlaku do hole, obdobně jako při klasické technice běhu na lyžích. M. latissimus dorsi dx. po dobu své aktivace ještě zřejmě stabilizuje lopatku přitisknutím k hrudníku. To odpovídá popisu techniky běhu na lyžích (1) i výsledkům kineziologické analýzy běhu na lyžích klasickou technikou (6). Při chůzi s holemi i při běhu na lyžích klasickou technikou nacházíme pohybové aktivity se zřejmě největším zvýrazněním diagonálního charakteru práce zřetězených svalových skupin.

U m. gluteus maximus sin. nacházíme vrchol aktivity vždy při dokončení odrazu. Signifikantní snížení jeho aktivity při chůzi s holemi ukazuje, že m. latissimus dorsi dx. zřejmě převzal na sebe část jeho lokomoční funkce. Při chůzi bez holí se pravděpodobně podílí i na stabilizaci pánve v průběhu kroku.

M. gluteus medius sin. se v době lokomočního působení m. latissimus dorsi dx. podílí na boční stabilizaci pánve méně než při chůzi bez holí. Pomocí hole rozšířená opěrná plocha zřejmě snižuje nároky na boční stabilizaci pánve středním gluteálním svalem. Právě m. latissimus dorsi dx. zprostředkovává komunikaci mezi rozšířenou opěrnou plochou a pánví. Názorně zde nacházíme diagonální organizaci funkcí. Malé vlně aktivace m. latissimus dorsi dx. vždy na hranicích krokového cyklu odpovídá i menší vlna aktivace kontralaterálního m. gluteus medius sin.

M. gastrocnemius sin. pravidelně svým maximem aktivace dokončuje odraz levé dolní končetiny. U obou činností výrazně koresponduje s m. gluteus maximus sin. Při dokončení odrazu je však proti němu přibližně o 0,07 sec zpožděn, tak jak postupuje vlna odrazu distálním směrem.

M. biceps brachii dx. a m. triceps brachii dx. u chůze s holemi synchronizují svoji zvýšenou aktivaci především s prací m. latissimus dorsi dx. Čili vykazují atributy zřetězení svalové funkce. Na grafu 2 vidíme pravidelnou kokontrakci dlouhých hlav obou pažních svalů při chůzi s holemi, což při běžné chůzi pravidelně nenacházíme.

ZÁVĚR

Při srovnávací analýze chůze s holemi (severská chůze, nordic walking) s volnou bipedální chůzí jsme dospěli k několika závěrům:

1. Celková práce m. latissimus dorsi dx. je při chůzi s holemi signifikantně vyšší. Jeho zřejmě převážně lokomoční působení dovoluje snížení práce kontralaterálního m. gluteus maximus sin.v průběhu celého krokového cyklu. Nebyly ale nalezeny signifikantní rozdíly v práci kontralaterálního m. gastrocnemius sin. při obou činnostech. Tento lýtkový sval tedy není lokomočním působením paží zprostředkovaného přes m. latissimus dorsi výrazněji dotčen.
2. Celkové snížení aktivace kontralaterálního m. gluteus medius sin., který má za úkol stabilizovat pánev transverzálně, je zřejmě způsobeno aktivitou m. latissimus dorsi dx., který je zde zapojen do funkce dynamické stabilizace trupu. Díky zapojení dalšího puncta fixa jsme změnili lokomoční typ z bipedie na kvadrupedii. Tedy stabilizace trupu je usnadněna facilitací aktivovaného řetězce přes horní končetinu.
3. M. biceps brachii dx., caput longum a m. triceps brachii dx., caput longum pracují zcela pravidelně v režimu kokontrakce. Při srovnání s Vojtou (11) můžeme s velkou pravděpodobností hovořit o lokomočním charakteru práce těchto antagonistů, pokud je distálně, na akru horní končetiny vytvořeno punctum fixum.
4. Pokles aktivace m. obliquus abdominis externus dx. souvisí zřejmě se stabilizací trupu prostřednictvím m. latissimus dorsi dx. Při prosté chůzi bez holí musí zřejmě více vyrovnávat torzní a rotační působení dolních končetin a pánve na oblast trupu než při opoře o hůl. Při posouzení poměru zapojení obou posledních jmenovaných svalů je možné, že se celkový objem práce nutné pro lokomoci stěhuje z ventrální části trupu při chůzi bez holí do části dorzální při chůzi s holemi.
5. Nacházíme diagonální funkční propojení svalového řetězce na dorzální straně trupu s kontralaterální oblastí pánve a dolní končetiny.

Dynamické lokomoční působení dorzální strany trupu, propojující oblast zad s pánví a dolní končetinou, výrazná torze páteřních segmentů, vycházející z rozhodujícího diagonálního charakteru organizace celého pohybu, stejně jako stabilizace trupu a pánve prostřednictvím opory o hůl vytvářejí předpoklady pro využití chůze s holemi jak pro pokračování ukončené rehabilitace pacientů, tak pro oblast fitness a sport.

Výzkum byl vytvořen v rámci výzkumného záměru UK v Praze, FTVS, podporovaném MŠMT MSM 0021620864.

Doc. PaedDr. Bronislav Kračmar, CSc.

Fakulta tělesné výchovy a sportu UK

J. Martího 32

162 52 Praha 6