Analiza chodu

Chód

Seria rytmicznych, naprzemiennych ruchów tułowia i kończyn, której rezultatem jest

przemieszczanie środka ciężkości

W czasie chodu realizowane są zadania:

• Zdolność do osiągnięcia pozycji pionowej

• Utrzymywanie równowagi na jednej kończynie

• Postęp do przodu, wyciągnięcie do przodu jednej kończyny przy staniu na drugiej

• Dostosowane funkcjonalnie długości kroku

Cykl a krok

Cykl chodu - obejmuje czynność od dotknięcia piętą podłoża jednej kończyny dolnej do

ponownego zetknięcia pięty z podłożem tej samej kończyny.

Cykl chodu zawiera dwa kroki - jeden lewej i jeden prawej kończyny dolnej.

Długość kroku (Step length)=

• Odległość mierzona pomiędzy punktami kontaktu z podłożem prawej i lewej stopy

• Długość kroku prawego = Długość kroku lewego (w chodzie normalnym)

Długość cyklu (Stride length) =

• Odległość pomiędzy kolejno następującymi po sobie punktami kontaktu z podłożem pięty tej samej stopy

• Podwójna długość kroku (w chodzie normalnym)

• Częstość kroków (Cadence) =

• Liczba kroków w jednostce czasu

• Norma: 100 - 115 kroków/min

• Prędkość chodu (Velocity) =

• Dystans pokonywany przez ciało w jednostce czasu

• Zwykle mierzony w m/s

• Chwilowe różnice prędkości podczas cyklu chodu

• Średnia prędkość (m/min) = długość kroku (m) x częstość kroków (kroki/min)

• Optymalna prędkość chodu (Comfortable Walking Speed (CWS) =

• Najmniejsza ilość pochłania energii w jednostce odległości

• Średnio= 80 m/min (~ 5 km/h )

Faza podporu: zaczyna się od zetknięcia pięty z podłożem,

a kończy w momencie oderwania palców od podłoża. W fazie tej

wyróżnia się okresy:

1. Initial contact: KONTAKT PIĘTY Z PODŁOŻEM (0%)

2. Loading response: EKSCENTRYCZNE HAMOWANIE (0-10%)

3. Midstance:PEŁNE OBCIĄŻENIE (10-30%)

4. Terminal stance:PRZETACZANIE (30-50%

5. Pre-swing: ODBICIE (50-60%)

Initial Contact, Loading response, pre- swing- podwójny podpór (w sumie 20% fazy podporu)

Cechy chodu prawidłowego

• Cykliczność i symetria naprzemiennych ruchów kończyn dolnych i górnych

• Fazowość występowania okresu podwójnego podparcia

• Rytmiczność, czyli stosunek fazy podparcia do fazy przenoszenia (60% do 40%)

• Izometria- równa długość kroku

• Izotonia - odpowiednie, stałe napięcie mięśni w poszczególnych fazach chodu

• Izochronia - czas podporu taki sam po obu stronach

Wzorzec chodu jest najbardziej wydajny kiedy występują minimalne pionowe i boczne odchylenia środka ciężkości ciała.

Wyznaczniki (determinanty) chodu

• Ruch miednicy w płaszczyźnie poziomej - rotacja miednicy - w chwili wysunięcia nogi wykrocznej do przodu miednica podąża za tym ruchem i wysuwa swą wykroczną stronę nieco do przodu. Rotacja miednicy wynosi około 4° do przodu i około 4° do tyłu, wskutek czego kończyna wykroczna ustawia się w rotacji zewnętrznej, a zakroczna w rotacji wewnętrznej. Rotacja miednicy powoduje efektywne wydłużenie kroku na granicy fazy podparcia i przenoszenia.

• Ruch miednicy w płaszczyźnie czołowej - podczas uniesienia kończyny w chwili rozpoczęcia wykroku, miednica po stronie wykrocznej nieco się obniża, dzięki czemu po stronie kończyny podporowej powstaje względne przywiedzenie, a po stronie wykroku względne odwiedzenie. Opadanie miednicy po stronie wykrocznej wymusza zgięcie kolana, aby uruchomić stopę przed zaczepieniem palcami o podłogę. Dzięki pochyleniu miednicy, trajektoria ruchu środka ciężkości zostaje spłaszczona.

• Zgięcie kolana w fazie podporu - w fazie podporu, kiedy pięta uderza o podłoże, kolano jest wyprostowane, aby zaraz potem zgiąć się do ok. 15°, aż do momentu pełnego kontaktu z podłożem, po czym następuje pełny wyprost w stawie kolanowym- ruch ten redukuje wielkość unoszenia środka ciężkości

• Ruch stopy i stawu skokowo-goleniowego - w momencie, kiedy pięta kończyny wykrocznej styka się z podłożem, stopa jest zgiętą grzbietowo, po czym zgina się podeszwowo, przykłada do podłoża i ustala. Podudzie wraz z kostkami zatacza łuk ponad pietą, następuje pełne obciążenie stopy, pod koniec którego zaczyna unosić się pięta.

• Ruch kolana - kolano zgina się w momencie przyłożenia pięty do podłoża, kostki unoszą się zataczając łuk ponad stępem, oraz, po raz drugi gdy pięta zaczyna się unosić a stopa przygotowuje się do odbicia. Kolano zgina się wtedy gdy długość kończyny zwiększa się wskutek unoszenia kostek. W fazie przenoszenia zgięcie kolana wynosi maksymalnie 65°.

• Ruchy boczne miednicy- naprzemienne przekładanie masy ciała z jednej kończyny na drugą, powoduje naprzemienne ruchy boczne miednicy. Boczne ruchy miednicy łączą się z wyznacznikami I i II.

Analiza chodu w praktyce klinicznej

• Analiza chodu - pomiar, opis, ocena wielkości charakterystycznych dla lokomocji człowieka. Analiza nieprawidłowych wzorców ruchowych pozwala na lepsze dostosowanie metod leczenia do indywidualnych potrzeb pacjentów.

• Najpopularniejszą metodą jest ocena chodu oparta na obserwacji, jednak coraz częściej stosowane są ilościowe i obiektywne metody analizy chodu (laboratorium chodu).

• W klinicznej analizie chodu wzorcem, do którego odnosimy chód pacjenta jest stereotyp chodu osób zdrowych, (w odniesieniu do wieku i płci).

• Prawidłowy chód wymaga doskonałej pracy i integracji układu ruchu z układem nerwowym.

• Przyczyny patologii chodu zostały sklasyfikowane pod względem rodzaju przyczyny i w zależności od wieku pacjenta.

• Podział pierwszy obejmuje:

• Patologie morfologii narządu ruchu (dotycząca elementów czynnych lub/i biernych)

• Patologie sterowania w narządzie ruchu (neuropochodna, czynnościowa (psychogenna)

• Podział drugi wyróżnia:

• Patologie wieku rozwojowego

• Patologie wieku dojrzałego

• Patologie wieku podeszłego

Chód patologiczny

• Utrata pięciu podstawowych komponentów

• Stabilność i podpór

• Dostateczne „uwolnienie stopy” ( foot clearance) podczas wymachu

• Odpowiednie przemieszczanie stopy w fazie wymachu

• Odpowiednia długość kroku

• Zachowanie energii

Rodzaje chodu patologicznego (wg Kwolka)

• Chód hemiparetyczny, często utożsamiany z chodem koszącym

• Chód paraparetyczny wiotki, występuje w wiotkich niedowładach kończyn dolnych

• Chód nożycowy, występuje często w postaci spastycznej mpd, z tendencją do krzyżowania kończyn

• Chód brodzący w porażeniu nerwu strzałkowego lub w polineuropatii, z opadaniem stopy

• Chód drobnymi kroczkami w zespole parkinsonowskim

• Chód móżdżkowy, chwiejny, na rozszerzonej podstawie, z zataczaniem się i tendencją do upadania

• Chód pląsawiczy, charakteryzujący się dodatkowymi ruchami „tanecznymi”, wieloma ruchami mimowolnymi i grymasami twarzy

• Chód kaczkowaty, charakteryzujący się kołysaniem w biodrach, występuje w dystrofii mięśniowej, miopatiach, oraz we wrodzonym zwichnięciu stawu biodrowego

• Chód utykający, najczęściej w chorobach zapalnych i zwyrodnieniowych stawów kończyn dolnych, w skróceniu kończyny dolnej, często w przypadku rwy kulszowej

Dlaczego laboratorium chodu???

Ruch analizowany przez wideo: zalety i ograniczenia

Korzyści:

• niski koszt i łatwa dostępność

• szybka analiza i łatwość użycia

• może być użyta, kiedy instrumentalna analiza chodu jest trudna bądź niemożliwa (bardzo małe dzieci, niezdyscyplinowani pacjenci, trudności z pomocniczymi urządzeniami chodu)

• może wyświetlać informacje niełatwo dostępne w standardowej instrumentalnej analizie jak współruchy kończyn górnych, równowaga i reakcje posturalne, kompleks ruchów głowy i tułowia, struktura stopy i ruchy patologiczne

• użyteczna dla celów naukowych i demonstracji lekarzom i pacjentom

• pewne obiektywne parametry chodu mogą być oceniane z video (szybkość, liczba kroków w jednostce czasu, długość kroku)

Dlaczego laboratorium chodu???

Wady:

• niedokładność (tylko 2-d)

• brak informacji odnośnie sił i aktywności mięśni

• trudności w ocenie ruchów rotacyjnych

• najczęściej jakościowe zamiast ilościowe informacje

Cel trójwymiarowej analizy chodu

Pokazanie obiektywnych danych o kinematyce w 3 płaszczyznach, kinetyce oraz o EMG

Zintegrowana, wieloczynnikowa analiza chodu

Ilościowa (laboratoryjna) analiza chodu

• jest uzupełnieniem standardowego badania klinicznego i badania statycznego

• możliwość wielokrotnego odtwarzania obrazu

• skupienie się kolejno na poszczególnych segmentach ciała lub

stawach - możliwość oglądania taśmy w zwolnionym tempie (umożliwia dostrzeżenie większej liczby szczegółów)

• pozwala na pomiar wybranych wielkości charakteryzujących chód pacjenta i ich ocenę zarówno w stosunku do poprzednich wyników tego samego pacjenta jak i w odniesieniu do grupy referencyjnej (normy) - pozwala klinicyście na lepsze dostosowanie metod leczenia do indywidualnych potrzeb pacjentów

Ilościowa analiza chodu

• POZWALA:

 

• lepiej zrozumieć podstawowe mechanizmy i strategie sterowania ruchem

• dostrzec i opisać dysfunkcje i ograniczenia funkcjonalne niewidoczne w warunkach statycznych

• zaplanować postępowanie lecznicze

• planować i ocenić wyniki leczenia operacyjnego

• ocenić jakość i dopasowanie protez

• ocenić stan funkcjonalny pacjenta po wszczepieniu endoprotez dużych stawów

• przeprowadzić diagnostykę funkcjonalną 

• monitorować postępy leczenia

• rozróżnić nieprawidłowe wzorce ruchowe wynikające z neuropatologii

 

Ilościowa analiza chodu

• W skład badania wchodzą:

• pomiar czasowych parametrów chodu: udział procentowy fazy podparcia w cyklu chodu, prędkość chodu, częstość kroków, długość kroków, szerokość kroków

• pomiary wielkości kinematycznych: położenie miednicy w płaszczyznach czołowej, strzałkowej i poprzecznej, kąty w stawach: biodrowym w trzech płaszczyznach, kolanowym w płaszczyźnie strzałkowej, skokowym w płaszczyźnie strzałkowej i poprzecznej, oraz ustawienie stopy względem linii kierunkowej chodu

• Pomiar parametrów kinetycznych - siły i momenty sił występujące w czasie chodu - siły reakcji podłoża (GRF), momenty sił w stawach (3D), moc

• badania elektromiografii dynamicznej ( informacje o fazach cyklu chodu w których dany mięsień jest aktywny, ocena stopnia aktywacji mięśni)

 

Kinematyka

• kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się geometrią ruchu bez uwzględniania sił powodujących ten ruch

• mierzy trajektorię wybranych punktów ciała pacjenta w przestrzeni podczas chodu, a także kąty pomiędzy sztywnymi segmentami ciała
  w stawach

Ciało sztywne

• kinematyka rozpatruje każdy segment ciała jako sztywny

• żeby go zdefiniować potrzebujemy co najmniej trzech markerów położonych na jednym segmencie i nie leżących na jednej prostej

Globalny a lokalny układ współrzędnych

• jest to układ który narzucony zostaje w trakcie kalibracji systemu

LCS (Local Coordinate System) czyli lokalny układ współrzędnych jest układem utwierdzonym na poruszającym się sztywnym segmencie ciała

• system automatycznie śledzi położenie markerów

• zamienia zarejestrowane dane z kamer na współrzędne położenia markerów w GCS

• wylicza przebiegi zmiennych (kątów w stawach)

Zakresy ruchu warunkujące prawidłowy chód

Staw biodrowy- zgięcie 30º wyprost 15 º

Staw kolanowy- zgięcie 65 º wyprost 0 º

Staw skokowy- zgięcie 25 º wyprost 15 º

Kinetyka

• kinematyka ruchu wynika z kinetyki

• KINETYKA - zajmuje się badaniem czynników, które mają wpływ na kontrolę i wyzwalanie działań ruchowych

• Parametry kinetyczne, które związane są z ruchem :

• siły reakcji podłoża ( GRF )

• siła grawitacji ( ciężar ciała )

• momenty sił w stawach

• moc

• Siły i momenty sił

• wewnętrzne - siły i momenty sił wytwarzane przez mięśnie, więzadła i tkanki miękkie

• zewnętrzne - siły i momenty sił wynikające z siły reakcji podłoża, siła grawitacji ( ciężar ciała ), siły bezwładności

• Moment siły - iloczyn wartości sił i najkrótszej odległości kierunku działania siły od osi obrotu w stawie [ Nm ]

• mięśnie albo ich ścięgna działają w pewnej odległości od środka obrotu w stawach wytwarzają więc momenty sił wewnętrznych

• układ mięśniowy generuje momenty sił wewnętrznych

w odpowiedzi na działanie obciążeń zewnętrznych

( ciężar ciała, siły reakcji podłoża ) co powoduje

występowanie określonych momentów sił

zewnętrznych w stawach

• Warunek równowagi - suma momentów sił wewnętrznych = sumie momentów sił zewnętrznych

• Najczęściej mierzone parametry kinetyczne to siły reakcji podloża ( GRF ) w czasie chodu

• do ich pomiaru wykorzystuje się platformy dynamograficzne, które pozwalają na pomiar wszystkich trzech składowych siły reakcji podłoża (składowa pionowa Y, składowa przednio-tylna X i składowa boczna Z ), odtworzenie położenia punktu przyłożenia siły reakcji na płaszczyźnie platformy oraz obliczenie momentów sił względem wszystkich trzech osi

• Siły reakcji podłoża to siły z jakimi podłoże działa na naszą stopę

• jest to wektor siły o tej samej wartości i zwrocie przeciwnym do siły z jaką my działamy na podłoże ( III zasada dynamiki Newtona)

• Prezentacja graficzna trzech składowych siły reakcji podłoża w czasie chodu

Elektromiografia

• Elektromiografia - technika eksperymentalna związana z uzyskiwaniem, nagrywaniem i analizą sygnałów elektrycznych mięśni

• Sygnały mioelektryczne:

• powstają wskutek zmian fizjologicznych w stanie błon

komórkowych włókien mięśniowych

• suma potencjałów czynnościowych aktywnych jednostek ruchowych znajdujących się w obszarze detekcji elektrod

Dlaczego EMG ?

ZALETY

• Rejestracja sygnałów mięśniowych z powierzchni skóry

• Badanie bezinwazyjne i komfortowe dla pacjenta

• Nie wymaga nadzoru medycznego

• Umożliwia pomiar w warunkach dynamicznych

OGRANICZENIA

• Brak możliwości badania mięśni głęboko położonych

• Zjawisko cross-talk

• Przesuwanie się brzuśca mięśnia pod elektrodą w

czasie ruchu

Charakterystyka sygnału

Zależy między innymi od:

• charakterystyki i liczby włókien mięśniowych znajdujących się w obszarze rejestracji elektrod

• miejsca położenia i orientacji elektrod

• konfiguracji elektrod (powierzchnia, odległość)

• odległości aktywnych włókien od elektrody oraz od grubości tk. skórnej i tłuszczowej w obszarze

rejestracji

• zmiany kształtu mięśnia w czasie

wykonywania ruchu

EMG w analizie chodu

Typy nieprawidłowej aktywności mięśni

podczas chodu:

• zbyt wczesne pobudzenie

• zbyt długie

• ciągłe

• opóźnione

• brak pobudzenia

• pobudzenie skrócone

• pobudzenie przesunięte w fazie

• Powierzchniowe, kinezjologiczne EMG - badanie aktywności nerwowo-mięśniowej w czasie zadań ruchowych, np. chodu

• Elektrody rozmieszczane są na brzuścach mięśni (dwie), które chcemy zbadać, możliwie jak najdalej od punktu motorycznego mięśnia

---