Využití akcelerometrů v hodnocení vlivu hipoterapie na provedení pohybu u dětí se spastickou formou dětské mozkové obrny – pilotní studie

Súhrn

Hipoterapie je fyzioterapeutickou metodou využívající k navození terapeutického efektu pohybu hřbetu koně pohybujícího se v kroku. Dětští klienti s diagnózou dětské mozkové obrny (DMO) či poruchami na genetické úrovni tvoří nejpočetnější část klientely hipoterapie.

Děti se spastickou formou DMO mají často problémy s posturální stabilitou hlavy, trupu a pánve, s rovnováhou a koordinací, dále bývají také přítomny obtíže spojené s chůzí. Tyto symptomy lze podle studií různých autorů ovlivnit pomocí hipoterapie. I přesto, že efekt hipoterapie je nesporný, je stále založen především na empirických zkušenostech terapeutů. Existuje jen málo vědeckých prací dokládajících efekt hipoterapie, které by byly založeny na využití sofistikovaných systémů. Studie seznamuje s možností využití akcelerometrie, jako jedné z metod terénního výzkumu, která se jeví jako vhodná pro posouzení vlivu hipoterapie na pohybový systém člověka. Její výhodou je zejména jednoduchá, minimálně zatěžující aplikace na tělo koně i klienta a možnost rychlého zpracování signálu pro získání základních kinematických parametrů pro analýzu pohybu.

Klíčová slova:
kůň, dětská mozková obrna, rehabilitace, analýza pohybu

TEORETICKÁ ČÁST

Hipoterapie je metodou fyzioterapie využívající přirozeného pohybu koně a jeho typického chůzového mechanismu jako motorického vzoru, na který se pacient postupně adaptuje. Při její aplikaci je využíváno všeho, co kůň pro terapii nabízí – pohybu, kontaktu, emocí a prostoru. Z hlediska ovládání koně je při hipoterapii pacient zcela pasivní a může být na koni polohován do různých poloh k dosažení terapeutického cíle (9).

Koňský hřbet je balanční plocha vystavující posturální systém pacienta masivní proprioceptivní stimulaci, na kterou musí stále reagovat. Tato aktivace centrální nervové soustavy se děje na všech úrovních, od úrovně spinální až po úroveň kortikální, a vede k facilitaci posturální ontogeneze, ke změnám globálních motorických vzorů a následně i ke zlepšení hrubé a jemné motoriky. Současně je ovlivňován i psychický stav pacienta (19).

Hipoterapie je spojována především s diagnózou DMO, protože děti s DMO tvoří největší část klientely (18). Dětská mozková obrna je nejčastěji se vyskytujícím neuromuskulárním onemocněním dětského věku. Vzniká na základě neprogredujícího poškození nezralého centrálního nervového systému plodu nebo dítěte v raném období vývoje. U tohoto onemocnění je důležité včasné a správné zahájení léčby, aby se předešlo komplikacím rozvíjejícím se v průběhu psychomotorického vývoje dítěte. Spastická forma DMO je nejčastějším klinickým typem, zahrnuje až 75 % všech případů DMO (14). Děti se spastickou formou DMO mají postiženu hrubou motoriku, posturální kontrolu a stabilitu, přidružené bývají i další vady – poruchy polykání, poruchy smyslové či intelektuální. Jedním z hlavních příznaků onemocnění je spasticita (20). Běžně bývá spasticita u spastických forem DMO pozorována u m. gastrocnemius, hamstringů, m. rectus femoris a m. psoas major (11). Snižuje se rozsah pohybu v kyčelních kloubech a v důsledku zvýšeného tahu svalů pod nefyziologickým úhlem se zvyšuje riziko subluxace až luxace hlavice kyčelního kloubu (3, 15). Spasticita svalů dolních končetin bývá příčinou obtíží spojených s chůzí. Chůze probíhá v závislosti na primitivních motorických vzorech s nedostatečnými rovnovážnými reakcemi. Při pohybu je viditelný abnormální svalový tonus a nerovnováha mezi agonisty a antagonisty. Celkový klinický obraz chůze závisí na postižených svalových skupinách a na timingu jejich svalové kontrakce v průběhu chůzového cyklu (4).

Zařazení hipoterapie do uceleného rehabilitačního programu dítěte s DMO může mít značný přínos především v oblastech posturálních a lokomočních programů, které bývají u těchto dětí nejvíce postiženy (8). Klíčovými body v hipoterapii jsou volba vhodného koně vzhledem k projevům primární diagnózy a volba vhodné polohy na koni. Výběr vhodné polohy pro klienta se řídí stupněm zralosti jeho posturální motoriky. Smyslem výběru vhodné polohy je docílení aktivní formy terapie, kdy je pacient sám schopen balancovat bez rušivých vnějších vlivů a dokonale zastabilizovat svou polohu než zaujme polohu posturálně náročnější (17).

Pánevní pletenec tvoří základní stavební kámen pro přenos pohybu v hipoterapii. Každý pohyb pánve je provázen současným pohybem v kyčelních kloubech a bederní páteři. Pánev je označována jako „centrum pohybu“. Je základem pro splynutí pohybu „jezdce“ a koně a pro přenos pohybových impulzů hřbetu koně na tělo člověka, pasivně sedícího na koni (22). Široký rozsah možností pohybu koně vytváří vysoké nároky na rovnováhu a koordinaci těla pacienta. Sladění rytmu pohybu pánve pacienta a pohybu hřbetu koně je tak zásadní a nezbytnou podmínkou pro kladný efekt hipoterapie (17).

Biomechanicky nejoptimálnější pro přenos impulzů je korektní terapeutický sed, který umožňuje pacientovi lehce udržet těžiště těla na stejné těžnici jako je těžiště těla koně. Energetická náročnost pro udržení tohoto sedu je v porovnání s jinými způsoby sedu minimální. Od klasického sedu v jezdectví se liší především aktivitou jezdce – klient při hipoterapii koně nevede, je pasivní (17). Další polohy využívané v terapii jsou posturálně méně náročné než je korektní sed. Využíváme je tam, kde pacient není schopen korektní sed zaujmout, protože jeho posturální vyzrálost není na dostatečné úrovni.

Efekt hipoterapie byl dříve hodnocen především pomocí zavedených klinických testů ve vstupních a výstupních vyšetřeních, případně se v průběhu jednotek hipoterapie využívalo měření aktivity svalů povrchovou elektromyografií. Mimo tyto zažité metody je možné vliv hipoterapie přímo v průběhu terapeutické jednotky hodnotit pomocí metod biomechaniky, jako jsou 3D analýza pohybu (videografie, optoelektronická metoda) nebo hodnocení velikosti a rozložení tlaků na kontaktní ploše klient-kůň pomocí speciální „podsedlové“ matice snímačů.

K nejnovějším příspěvkům zabývajícím se výzkumem v hipoterapii patří studie autorů Goldmann a Vilimek (5), kteří ve svém experimentu popisovali svalovou aktivitu a pohyb trupu jezdce při jednotce hipoterapie. K zaznamenání pohybové aktivity použili 3D kinematickou analýzu a povrchové EMG. Z výsledku jejich výzkumu vyplývá, že v průběhu celého krokového cyklu koně docházelo ke stranovému vlnění a rotaci páteře jezdce, které vznikalo v reakci na pohyb trupu koně. Tento pohyb se na trup jezdce přenášel přes pánev. Bederní páteř reagovala na přenos pohybu jako první a dále se pohybová reakce přenášela kraniálním směrem. Ve střední fázi krokového cyklu koně u probandů docházelo k posunu dolních obratlů (Th10, L1 a L5) doleva a ve stejné fázi cyklu docházelo zároveň k posunu horních obratlů a occiputu doprava. Rozdíl maximální a minimální vzdálenosti C2 a L5 byl v rámci pravolevého posunu stanoven na 7 cm. Závěry jejich výzkumu tak potvrzují obecně známý fakt o přenosu pohybových impulzů z koně na jezdce. K podobným závěrům došli ve své práci také autoři Haehl, Giuliani a Lewis (6), kteří pro sběr dat využívali videografickou metodu a popsali při chůzi koně posun pánve „jezdce“ do stran o 7–8 cm a rotaci páteře asi 3–4.

Tyto metody hodnocení jsou validní, avšak personálně i finančně nákladné. Stejně tak je nesnadné využívat je při práci mimo laboratorní podmínky. Proto je nutné hledat další metody, které by umožnily rutinní měření přímo v procesu hipoterapie. Jako jedna z možností pro méně náročné provedení výzkumu se jeví použití akcelerometrů.

Akcelerometry jsou přístroje měřící zrychlení zkoumaného objektu nebo jeho částí. Mohou být využity ke snímání statického i dynamického zrychlení a v klinické rehabilitaci mají širokou oblast využití. V současné době se akcelerometrů nejvíce využívá při monitorování pohybové aktivity, pro analýzu  chůze, hodnocení rovnovážných funkcí a k posuzování rizika pádu.

V některých situacích jsou akcelerometry pro kvantitativní měření aspektů lidské motoriky vhodnější než jiné biomechanické metody – vzhledem ke své velikosti neomezují pohyb probanda a je možné je využít i pro měření mimo laboratorní podmínky (10). Především v hodnocení pohybu probanda či koně při hipoterapii je velkou výhodou metoda měření vhodná k využití ve venkovním prostředí, kde terapie probíhá přirozeně, bez omezení v laboratorních podmínkách.

Jedním z důležitých výchozích principů hipoterapie je podobnost pohybu koňského hřbetu a pánve člověka při chůzi. Tato podobnost kroku člověka a koně, podmíněná zkříženým pohybovým vzorem, činí z hipoterapie jedinečnou rehabilitační metodu, která má možnost reedukovat lidskou chůzi „shora“ (7). Tento princip hipoterapie ve svém výzkumu potvrdili i autoři Uchiyama, Ohtami a Ohta (21), kteří porovnávali pohyb pánve padesáti zdravých jedinců, mužů i žen, a pohyb hřbetu jedenácti zdravých koní při chůzi pomocí 3D akcelerometrů. Ve výzkumu došli k závěru, že při chůzi je pohyb, tedy i zrychlení hřbetu koně, kvalitativně i kvantitativně srovnatelný s pohybem pánve člověka. Výsledky této studie podporují tvrzení, že hipoterapie představuje vhodnou metodu léčby u jedinců s poruchami chůze.

Jednou z prvních studií, kde byla metoda akcelerometrie použita k analýze chůze před a po jednotce hipoterapie, byla studie kolektivu autorů Leyerer, Pfotenhauer a Schemm (12), kteří hodnotili vliv terapie u pacientů s roztroušenou mozkomíšní sklerózou, u kterých se vyskytovaly spastické projevy na dolních končetinách. Další studií, která se věnovala problematice akcelerometrů v průběhu jednotky hipoterapie u reálných pacientů, byla studie maďarských autorů Pálinkás a kol. (16). Autoři pomocí aplikace tří 3D akcelerometrů porovnávali data zrychlení pohybu koňského hřbetu a dolní části zad u jedinců se třemi morfologicky odlišnými typy spastické formy DMO a kontrolní skupiny zdravých jedinců. Výsledky prezentují přenos impulzů z koně na pacienta sedícího na hřbetu koně a velikost opoždění reakce těla pacienta v jednotlivých směrech zrychlení (anteroposteriorní, mediolaterální a vertikální).

PRAKTICKÁ ČÁST

Hipoterapie je u jedinců s poruchami pohybového aparátu používána řadu let. Stále však existuje jen málo prací, na jejichž základě by bylo možné objektivně posoudit změny, ke kterým dochází v pohybovém systému pacienta v důsledku aplikace hipoterapie. Za jednu z vhodných metod, které je možné využít při výzkumu v hipoterapii v jejím přirozeném prostředí, lze považovat akcelerometrii. Tato metoda se ve studiích různých autorů (1, 13) popisuje jako možná alternativa k jiným biomechanickým metodám, při kterých jsou využívány optometrické systémy, silové plošiny nebo tlakové koberce.

Na Katedře přírodních věd v kinantropologii Fakulty tělesné kultury Univerzity Palackého v Olomouci má výzkum v oblasti hipoterapie dlouhou tradici. V současnosti probíhá výzkum, který má ověřit využitelnost akcelerometrů v hipoterapii. Jedním z cílů tohoto výzkumu je hodnocení krátkodobého efektu hipoterapie jako prostředku prevence negativního dopadu primárního onemocnění na děti se spastickou formou DMO. Dalšími metodami, které jsou v této studii použity, jsou klinické testy k hodnocení posturální stability trupu, míry spasticity adduktorů a velikosti rozsahu pohybu kyčelního kloubu dolních končetin a povrchová elektromyografie.

3D akcelerometry, kombinující v sobě senzory snímající signály povrchového EMG a senzory snímající zrychlení (Trigno wireless system, sběrná frekvence 296 Hz, Delsys Inc., Natick, MA, USA) jsou v průběhu vlastního měření připevněny na koni i na probandovi (obr. 1). Na každého jedince je připevněno celkem pět akcelerometrů:

• do oblasti pánve ve výši obratle L5 – měření zrychlení pánve jezdce,
• do oblasti středu hrudní kosti – snímání zrychlení trupu,
• na temeno hlavy, respektive na vrcholu jezdecké přilby – snímání zrychlení hlavy,
• dva senzory snímající svalovou aktivitu pomocí zabudovaného senzoru povrchového EMG umístěny do oblasti svalového bříška m. gastrocnemius lateralis obou dolních končetin.

Na koni jsou v průběhu samotné jednotky hipoterapie připevněny dva akcelerometry. První je umístěn na nejvyšším bodu obřišníku a slouží ke zjištění akcelerace hřbetu koně. Druhý akcelerometr je připevněn na přední stranu pravé přední končetiny nad spěnkovým kloubem koně a slouží k určení krokového cyklu.

Výsledky z akcelerometrie, které byly získány v rámci pilotního výzkumu, jsou uvedeny v grafech 1 a 2. Data byla snímána u zdravého jedince při jednotce hipoterapie v 10. minutě, v grafech je znázorněn signál v časovém úseku několika sekund z celé minuty záznamu signálu.

V grafu 1 je znázorněn přenos pohybových impulzů z koně na jedince, sedícího v korektním sedu. Signál zrychlení pohybu koně (modrá linie) je získán z akcelerometru umístěného na obřišníku a signál zrychlení pohybu probanda (oranžová linie) z akcelerometru z oblasti L5. Modrá linie zobrazuje celkem 9 amplitud – každá amplituda značí stojnou fázi jedné končetiny koně. V grafu jsou tedy celkem znázorněny dvě stojné fáze každé končetiny (tři u první sledované končetiny). Amplitudy zrychlení jednotlivých končetin se od sebe liší. Z grafu je dále vidět přenos pohybového vzoru z koně na probanda. Část signálu přeneseného z koně na probanda se v průběhu přenosu ztrácí a velikost zrychlení pohybu probanda je nižší. Je patrné také krátké opoždění signálu zrychlení probanda vůči zrychlení hřbetu koně. Toto opoždění souvisí se setrvačností pohybu, může mít svůj původ také v reakční schopnosti probanda adekvátně reagovat na vzniklý pohybový impulz koně.

V grafu 2 je znázorněn přenos pohybových impulzů po páteři probanda kraniálním směrem. Signál zrychlení pohybu pochází z oblasti L5 (modrá linie) a z oblasti hrudní kosti (oranžová linie). Zrychlení pohybu jednotlivých segmentů páteře za sebou nijak nezaostává, z grafu je však patrné mírné snížení zrychlení pohybu přenášeného z bederní oblasti páteře do oblasti hrudní. Pohyb hrudní páteře kopíruje pohyb z oblasti bederní – naměřené signály jsou téměř totožné.

VÝHLED DO BUDOUCNOSTI

Cílem studie je přispět k objektivnímu objasnění pozitivních účinků hipoterapie na lidský organismus, které jsou zatím založeny především na empirických poznatcích praktikujících terapeutů, a rozšířit povědomí o odborné hipoterapii mezi laickou i odbornou veřejnost. Konkrétním cílem studie pak je objektivně posoudit krátkodobý vliv hipoterapie na vybrané pohybové aspekty u dětí se spastickou formou DMO s využitím akcelerometrie jako hlavní výzkumné metody a ověřit možnost jejího využití v dalších studiích hipoterapie.

Poděkování

Studie vznikla za podpory vnitřního grantu Fakulty tělesné kultury Univerzity Palackého v Olomouci č. IGA_FTK_2015_006.

Adresa ke korespondenci:

Mgr. Hana Bednáříková

Katedra přírodních věd v kinantropologii

FTK UP Olomouc

tř. Míru 117

771 11  Olomouc

e-mail: bednarikova25@seznam.cz