VIDENSKABELIGE ARTIKEL
Ankelbevægelser under normal gang vurderet ved hjælp af fleksibelt elektrogoniometer
Movimentos do tornozelo durante a marcha normal avaliados por eletrogoniometria flexível
Moriguchi CS; Sato TO; Gil Coury HJC
Departamento de Fisioterapia, Centro de Ciências Biológicas e da Saúde, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, SP – Brasil
Correspondência para
ABSTRACT
OBJEKTIVER: At evaluere ankelbevægelser hos raske personer, der går på et løbebånd, ved hjælp af et fleksibelt elektrogoniometer.
METODE: Dorsalfleksion og plantarfleksion og eversion/inversion bevægelser blev registreret i 90 sekunder ved en hastighed på 5,0 km/t. Ti raske unge mænd med en gennemsnitsalder på 21,4 ± 2,99 år og en gennemsnitshøjde på 1,62 ± 0,22 meter deltog i denne undersøgelse. Dataene blev analyseret deskriptivt (gennemsnit, standardafvigelse, maksimum og minimum). I det sagittale plan blev gangcyklussen analyseret på tre tidspunkter, idet man tog bevægelsestoppene: fod flad (FF), midstance (M) og toe off (TO). De inversions- og eversionsvinkler, der svarer til disse faser, blev identificeret, samt bevægelsestoppene i løbet af gangcyklussen. Variabilitetskoefficienterne (CV) mellem og inden for en forsøgsperson blev beregnet.
RESULTATER: Gennemsnitsværdierne for det sagittale plan, for venstre og højre ankel var hhv: 7º og 4º ved FF, 2º og 7º ved M, og 24º og 19º ved TO. For frontalplanet var resultaterne en inversion på 5º og 3º ved FF, 4º og 5º ved M, og 15º og 16º ved TO. De højeste værdier var en inversion på 17º og 18º og en eversion på 1º. Det maksimale intra-subjekt-CV var 0,39, og det maksimale inter-subjekt-CV var 0,44.
KONKLUSION: De opnåede resultater fra elektrogoniometeret svarede relativt godt til de data, der er rapporteret i litteraturen for sagittalplanet, men ikke for frontalplanet. Forskellene mellem de forskellige undersøgelser, der måler ankelbevægelser, tyder på, at der er behov for standardisering af registreringsprocedurerne.
Nøgleord: gang; ankel; kinematik; elektrogoniometer.
RESUMÉ
MÅL: At evaluere ankelbevægelserne hos raske personer under gang på løbebånd ved hjælp af fleksibel elektrogoniometri.
METODE: Bevægelserne af plantardorsalfleksion/fleksion og inversion/eversion blev registreret i 90 sekunder ved en hastighed på 5,0 km/t. Ti raske unge mænd med en gennemsnitsalder på 21,4 ± 2,99 år og en gennemsnitshøjde på 1,62 ± 0,22 meter deltog i undersøgelsen. Dataene blev analyseret deskriptivt (gennemsnit, standardafvigelse, minimums- og maksimumsværdier). I det sagittale plan blev gangcyklussen analyseret i tre øjeblikke under hensyntagen til bevægelsestoppene: flad fod (PP), medium støtte (MA) og tilbagetrækning af tåen (RD). Inversions/eversionsvinklerne, der svarer til disse faser, blev identificeret, og bevægelsestoppene i løbet af gangcyklusserne blev identificeret. Variationskoefficienten (CV) mellem og inden for forsøgspersoner blev beregnet.
RESULTATER: De gennemsnitlige værdier i sagittalplanet for venstre og højre ankel var henholdsvis: 7º og 4º i PP, 2º og 7º i MA, 24º og 19º i RD. I frontalplanet var resultaterne: 5. og 3. inversion i PP, 4. og 5. inversion i MA, 15. og 16. inversion i RD, topværdierne var 17. og 18. inversion og 1. eversion. Det maksimale intra-subjekt-CV var 0,39 og inter-subjekt-CV var 0,44.
KONKLUSION: De resultater, der er opnået ved hjælp af elektrogoniometeret, svarer relativt godt til de data, der er rapporteret i litteraturen for det sagittale plan, men ikke for det frontale plan. Forskellene mellem de forskellige undersøgelser, der evaluerer ankelbevægelser, tyder på, at der er behov for standardisering af registreringsprocedurerne.
Nøgleord: gang; ankel; kinematik; elektrogoniometer.
INDLEDNING
Udtrykket “ankelledskompleks” henviser til den struktur, der består af ankel- og subtalarleddet1. Bevægelser i anklen er vigtige for en normal koordineret gang og en jævn sinusformet svingning af tyngdepunktet2. Det subtalare led er ansvarlig for den største del af inversion/eversion af foden. Det gør det muligt for foden at tilpasse sig uregelmæssigt terræn, giver stødabsorbering og fungerer også som et stift segment til fremdrift af kroppen i gangens tåafgangsfase3.
Målinger af menneskers funktionelle bevægelser gør det muligt at karakterisere bevægelsesmønstre for specifikke befolkningsgrupper og at identificere “normale eller forventede” mønstre. Disse data er afgørende for at identificere unormale mønstre og karakterisere funktionsnedsættelser, handicaps og handicaps. Gennem beskrivelse af gennemsnitsværdierne og den forventede variation for normale personer er det muligt at opstille retningslinjer for kliniske beslutninger og bestemmelse af behandlingsprogrammers effektivitet.
For at evaluere dynamiske aktiviteter som f.eks. gang skal optagelser af vinkelbevægelser være kontinuerlige og opnås ved hjælp af præcist udstyr. Der er blevet anvendt tredimensionelle optoelektroniske systemer, fluoroskopi, accelerometre/gyroskoper, elektromagnetiske og ultralydssporingssystemer, potentiometriske elektrogoniometre og kraftplatforme til at evaluere gangen. Selv om optoelektroniske systemer er blevet anset for at være præcise, anses deres kalibreringsprocedurer og dataanalyse også for at være tidskrævende. På den anden side synes præcisionen af potentiometriske elektrogoniometre at være kompromitteret på grund af deres manglende evne til at følge de ændringer af ledrotationsaksen, der finder sted under bevægelser.
Fleksible elektrogoniometre er også blevet anvendt til funktionel vurdering af forskellige led, f.eks. håndled, knæ og lænderygsøjle. Deres fordele er, at de er lette, bærbare, let anvendelige, ikke griber ind i de udførte aktiviteter, ikke begrænser bevægelser og tilpasser sig godt til kropssegmenter4,5. Desuden har sådant udstyr en høj reproducerbarhed, når det anvendes sammen med en passende måleprotokol med standardisering af forsøgspersonens og sensorernes position6,7. Ifølge Shiratsu og Coury8 kan disse elektrogoniometre betragtes som nøjagtige med en fejl på mindre end 5º ved store bevægelser og en minimal fejl ved bevægelser mellem 0º og 10º. Selv om dette udstyr er blevet anvendt til passive målinger af ankelledskomplekset6,7 , blev der i den relevante litteratur ikke fundet nogen undersøgelser om dynamisk og funktionel registrering af ankelbevægelser. Der er derfor behov for en database over gangoptagelser fra raske personer til brug i kliniske sammenhænge og i forskning.
Det var derfor formålet med denne undersøgelse at evaluere bevægelserne af dorsiflexion og plantarfleksion og inversion/eversion af ankelledskomplekset hos raske unge personer, der går på et løbebånd ved en kontrolleret hastighed (5,0 km/t), ved hjælp af et fleksibelt biaxialt elektrogoniometer.
METODER
Subjekter
Ten raske mandlige individer med en gennemsnitsalder på 21,4 ± 2,99 år, en gennemsnitsmasse på 64,7 ± 5,37 kg og en gennemsnitshøjde på 1,62 ± 0,22 meter deltog i denne undersøgelse. Data fra kun syv personer blev dog kun analyseret fuldt ud, da data fra tre højre ben gav tekniske problemer under dataanalysen. Ingen af personerne havde i løbet af det seneste år rapporteret om smerter i deres knæ, ankler eller subtalarled. De havde ingen historik med skader på benene eller ligelighedsforstyrrelser, ingen reelle eller tilsyneladende diskrepanser i benlængden og ingen posturale ændringer i knæ eller fødder. For at opnå denne homogene prøve blev en meget større gruppe af personer (N= 70) gennemgået en screeningsproces.
De udvalgte personer blev informeret om undersøgelsens formål og underskrev en formular, hvori de gav deres informerede samtykke til procedurerne. Projektet var blevet godkendt af den forskningsetiske komité ved det føderale universitet i São Carlos (protokolnummer 035/04).
Materiale og udstyr
En specifik ankelelektrogoniometersensor (model SG110/A, datalogger DL1001, softwareversion 3.2; Biometrics, Gwent, UK), et ergometrisk løbebånd og et digitalt kronometer blev anvendt.
Procedurer
Til dataindsamling blev en lateral del af benet tæt ved anklen barberet og renset. Teleskopiske og faste elektrogoniometer-endblokke blev fastgjort til ankelleddet som vist i figur 1. Den faste endeblok blev anbragt parallelt med fodens hovedakse under den laterale malleolus, og den teleskopiske endeblok blev rettet ind efter benets hovedakse.
Med sensoren monteret blev dataloggeren (dataindsamlingsenheden) kalibreret med forsøgspersonerne i en neutral stilling: de stod i en afslappet stilling med kropsvægten fordelt ligeligt mellem de to fødder i stationær ligevægt. Dorsalfleksion og inversion blev anset for at være positive, og den anvendte samplingfrekvens var 1000 Hz. Efter en tilvænningsperiode på to minutter blev der registreret 90 sekunders data på løbebåndet med en hastighed på 5,0 km/t.
I forbindelse med pilotundersøgelser var det blevet observeret, at elektrogoniometerets fjeder blev spændt ud i frontalplanet ved tilstedeværelsen af den laterale malleolus under ankelbevægelser. Derfor blev der foretaget en test med en måleapparat for at kontrollere, om fjederens spænding ville forstyrre optagelserne (figur 2). Der blev konstrueret en form bestående af en gipsbeklædt skinne for at efterligne malleolus. Denne blev anbragt i måleapparatet, som udførte rene plantarfleksions- og dorsalfleksionsbevægelser.
Denne test viste, at gennemsnitsværdierne for bevægelser i frontalplanet, der blev registreret under udførelse af de rene dorsiflexions- og plantarflexionsbevægelser, var tæt på nul (middelfejl på 0,3º), og den maksimale fejl, der blev fundet, var 1,5º. Disse resultater viste, at den laterale malleolus ikke syntes at ændre elektrogoniometerregistreringerne af inversion/eversion.
Dataanalyse
I sagittalplanet blev hver cyklus analyseret ved hjælp af tre toppe: fod flad (FF), midstance (M) og toe off (TO). De tilsvarende inversions/eversionsvinkler for disse faser blev identificeret. Inversions- og eversionstoppene blev også vurderet. Kurverne og de analyserede toppe er vist i figur 3. Gennemsnitsværdier, standardafvigelse (SD) og maksimale og minimale toppe, der blev opnået af de enkelte personer under gang, blev beregnet.
Der blev foretaget en pilotundersøgelse ved hjælp af den samme procedure som beskrevet ovenfor med fodskift ved hælen og ved det andet metatarsalhoved for at bestemme hælanslag (HS) og tåafkast (TO), deraf følgende gangbegivenheder og gangcyklusen. Sammenligning af toppene i sagittal- og frontalplanet med og uden fodskifter viste ingen forskel.
Den variationskoefficient (CV), der er beskrevet af Winter9 , blev også beregnet med henblik på at måle variabiliteten for en enkelt person (mellem skridt) og mellem forskellige personer. Denne blev opnået ved at anvende følgende formel:
hvor N = antal punkter på kurven
si = standardafvigelse på hvert tidspunkt i
Mi = middelværdi på hvert tidspunkt i
RESULTATER
De vinkler, der er opnået fra forskellige faser af gangcyklussen for det sagittale og frontale plan, for en typisk forsøgsperson, er vist i figur 4.
Tabel 1 viser middelværdierne, standardafvigelserne og de maksimale og minimale værdier, der er registreret for sagittal- og frontalplanet for højre og venstre side. I det sagittale plan præsenteres værdierne for hvert toppunkt i løbet af gangcyklussen og for bevægelsesområdet (ROM) mellem to på hinanden følgende gangbegivenheder (FF til M og M til TO). I frontalplanet vises de tilsvarende inversions- og eversionsbevægelser ved disse gangbegivenheder og de maksimale og minimale værdier i løbet af gangcyklussen.
Forskellen mellem venstre og højre side i sagittalplanet varierede fra 3º til 5º; ved sammenligning af amplituder blev forskellen reduceret til 1,5º og 0,5º. I frontalplanet var foden inverteret i næsten hele gangcyklussen, og middelværdien for inversion var meget større end for eversion.
Variabiliteten inden for en forsøgsperson var mindre end variabiliteten mellem forsøgspersoner for de bevægelser, der forekommer i begge planer, for næsten alle forsøgspersoner. Kun én forsøgsperson havde en intra-subjekt-CV, der var højere end inter-subjekt-CV’en (se tabel 2). Intra-subjekt-CV’en var mindre for det frontale plan end for det sagittale plan, mens inter-subjekt-CV’en var ens for de to planer.
DISKUSSION
Resultaterne gav vinkelparametre for gangen hos raske unge mænd på et løbebånd med en hastighed på 5,0 km/t ved hjælp af et fleksibelt elektrogoniometer. Da der ikke blev identificeret andre undersøgelser, der anvender et fleksibelt elektrogoniometer under gang, i den tilgængelige litteratur, kan disse resultater være nyttige for lignende emner, som en database om en sund befolkning.
Fleksible elektrogoniometre er bærbare, hvilket betyder, at de kan anvendes i trange rum i kliniske og erhvervsmæssige sammenhænge. De er også let anvendelige og udviser høj reproducerbarhed og nøjagtighed4-8. Disse egenskaber muliggør nøjagtige kliniske evalueringer og opfylder dermed det behov, der er opstået på grund af manglen på sådanne kilder, idet man tager i betragtning, at gangvurdering i fysioterapi normalt udføres ved visuel vurdering, som har lav reproducerbarhed og nøjagtighed i kliniske omgivelser. En anden fordel er muligheden for at analysere en stor mængde data bilateralt, hvilket ikke er let at udføre med de fleste af de nøjagtige apparater, der er til rådighed.
For at lette sammenligninger mellem de foreliggende resultater og andre undersøgelser, der allerede er offentliggjort, præsenteres tabel 3. Variationen mellem resultaterne fra de rapporterede undersøgelser tyder på, at der mangler standardiserede procedurer til evaluering af disse led.
De værdier, der blev fundet i det sagittale plan, lå tæt på de intervaller, der er rapporteret i litteraturen. Det var kun i forhold til M-toppen, at dette ikke var tilfældet. Sidstnævnte resultat kan forklares ved dataindsamlingsprocedurerne, især ved gangoptagelserne på løbebånd. Ifølge Nymark et al.16 er dorsiflexionen reduceret ved M, når man sammenligner gang på jorden og gang på løbebånd. Disse forfattere fandt et bevægelsesområde for anklen på 30,9º ± 5,7º ved naturlig hastighed på et løbebånd, hvilket var tæt på værdien for højre ankel i nærværende undersøgelse. På den anden side var de resultater, der er rapporteret i litteraturen for bevægelser i frontalplanet, forskellige fra dem, der blev opnået i den foreliggende undersøgelse. Gennemsnitsværdierne for inversion nåede op på 19º i den foreliggende undersøgelse, mens andre rapporter beskriver lavere værdier (maksimalt 9,1º). Generelt var det modsatte tilfældet for eversionsbevægelser i denne undersøgelse.
Måle- eller crosstalkfejl skal altid tages i betragtning, når der identificeres forskellige målinger. Desuden er det vigtigt at bestemme de nøjagtige planer, omkring hvilke bevægelsen finder sted, for at undgå overspænding fra elektrogoniometeret17. En anden mulig fejlkilde kan være tilstedeværelsen af malleolus under fjederen. Den pilotundersøgelse, der blev udført på prototypen, viste imidlertid, at det ikke forstyrrede målingerne af inversion og eversion af anklen under testene, at elektrogoniometerfjederen gled hen over malleolus.
Der er en del uenighed om, hvor den akse, omkring hvilken de subtalare inversions- og eversionsbevægelser finder sted, skal placeres. Placeringen af denne akse synes at variere meget fra person til person. Ifølge nogle forfattere har denne akse en fast skrå orientering (42º i forhold til fodens horisontale retning og 23º i medial retning)2. Ifølge andre forfattere har det subtalare led flere øjeblikkelige bevægelsesakser i stedet for en enkelt fast akse18,19 , og der er endog blevet accepteret så mange som 12 akser20. På nuværende tidspunkt findes der intet udstyr, der kan håndtere denne kompleksitet. Der skal udvikles udstyr med større følsomhed til at følge de forskellige øjeblikkelige akser, og der bør gennemføres flere undersøgelser for at forfine de tilgængelige data.
Identificering af anklens neutrale position er et andet vigtigt spørgsmål for standardiseringen af gangmålingsprocedurer6,12. Ball og Johnson6 anvendte en metode, der involverede manuel palpation, til at identificere den neutrale position af det subtalare led. Ifølge Moseley et al.12 skal denne position identificeres, når forsøgspersonerne sidder ned og ikke bærer nogen kropsvægt. I den foreliggende undersøgelse blev den neutrale stilling fastlagt, når personen stod afslappet med vægten ligeligt understøttet af de to ben. Den samme procedure blev beskrevet af Nester et al.21. Denne procedure blev valgt for at sikre reproducerbarhed mellem personer, og fordi den var tættere på den funktionelle situation, der blev målt, end de andre beskrevne procedurer.
I den foreliggende undersøgelse blev der analyseret omkring 80 gangcyklusser fra hver enkelt person. Kaufman et al.22 anførte, at der er behov for mindst 22 cyklusser for at opnå præcise data. Derfor kan antallet af analyserede cyklusser anses for at være repræsentativt for bevægelsesmønsteret hos hver enkelt person.
Med hensyn til intra- og inter-subjekt-variabilitet var intra-subjekt-variabiliteten mellem cyklusser mindre end variabiliteten mellem forskellige individer. Dette skete på trods af, at de analyserede forsøgspersoner antropometrisk set var ens. Desuden blev der systematisk kontrolleret for denne variabel i den foreliggende undersøgelse. Dette tyder på, at for normale personer, der er relativt homogene, kan det bevægelsesmønster, der betragtes som “normalt” eller forventeligt, udgøre en relativt stor spændvidde i undersøgelser af denne type. Dette tyder derfor på forsigtighed ved analyse af bevægelsesmønstret i disse led og styrker behovet for mere præcist udstyr og mere præcise procedurer.
Større interindividuel end intraindividuel variabilitet i dorsiflexions- og plantarfleksionsbevægelser er også blevet beskrevet i litteraturen11,15. Dette antyder, at et enkelt individs gang fremviser et regelmæssigt bevægelsesmønster med ringe variation mellem cyklusser, når hastigheden er konstant, men at individer adskiller sig fra hinanden. Disse resultater har klare kliniske implikationer og bør tages i betragtning i kliniske ganganalyser.
KONKLUSION
De store variationer mellem de resultater, der er opnået af forskellige forfattere, tyder på, at der er behov for en større standardisering af måleprocedurerne, især med hensyn til bestemmelse af ankelledets neutrale position.
I det sagittale plan var de identificerede værdier relativt ens med dem, der blev fundet i andre undersøgelser, der anvendte videobevægelsesanalysesystemer eller potentiometriske elektrogoniometre. På den anden side blev der i frontalplanet identificeret højere inversionsværdier i den foreliggende undersøgelse.
Der blev identificeret en forholdsvis lav intraindividuel variabilitet. Den højere interindividuelle variabilitet, der blev fundet, tyder imidlertid på, at ankelbevægelsesmønstret kan variere meget, selv blandt antropometrisk set ens individer.
Anerkendelser: CNPq Processo 114328/03-0, FAPESP – Processos N. 2004/07207-0 e 04/15579-5.
1. Wu G, Segler S, Allard P, Kirtley C, Leardini A, Rosenbaum D. ISB-anbefaling om definitioner af ledkoordinatsystemer for forskellige led med henblik på rapportering af menneskers ledbevægelser. J Biomech. 2002;35:543-8.
3. Tiberio D. Evaluering af funktionel dorsiflexion af anklen ved hjælp af subtalar neutral position: en klinisk rapport. Phys Ther. 1987;67: 955-7.
4. Tesio L, Monzani M, Gatti R, Franghignoni F. Fleksible elektro-goniometre: kinesiologiske fordele i forhold til potentiometriske goniometre. Clin Biomech. 1995;10:275-7.
5. Rowe PJ, Myles CM, Hillmann SJ, Hazlewood ME. Validering af fleksibel elektrogoniometri som et mål for ledkinematik. Fysioterapi. 2001;87:479-88.
6. Ball P, Johnson GR. Pålidelighed af goniometri af bagfoden ved anvendelse af et fleksibelt elektrogoniometer. Clin Biomech. 1993;8:13-9.
7. Ball P, Johnson GR. Teknik til måling af inversion og eversion af bagfoden og dens anvendelse til undersøgelse af en normal population. Clin Biomech. 1996;8:165-9.
8. Shiratsu A, Coury HJCG. Pålidelighed og nøjagtighed af forskellige sensorer i et fleksibelt elektrogoniometer. Clin Biomech. 2003;18:682-4.
9. Winter DA. Kinematiske og kinetiske mønstre i menneskelig gang: variabilitet og kompenserende virkninger. Hum Mov Sci. 1984;3;3: 51-76.
12. Moseley L, Smith R, Hunt A, Gant R. Three-dimensional kinematics of the rearfoot during the stance phase of walking in normal young adult manes. Clin Biomech. 1996;11:39-45.
15. Leardini A, Benedetti MG, Catani F, Simoncini L, Giannini S. An anatomically based protocol for the description of foot segment kinematics during gait. Clin Biomech. 1999;14:528-36.
16. Nymark JR, Balmer SJ, Melis EH, Lemaire ED, Millar S. Electromyographic and kinematic nondisabled gait differences at extremely slow overgroung and treadmill walking speeds. J Rehab Res Dev. 2005;42:523-34.
17. Hansson G-Å, Balogh I, Ohlsson K, Skerfving S. Measurement of wrist and forearm positions and movements: effect of, and compensation for, goniometer crosstalk. J Electromyogr Kinesiol. 2004;14:355-67.
18. Zografos S, Chaminade B, Hobatho MC, Utheza G. Eksperimentel undersøgelse af den subtalare ledakse foreløbig undersøgelse. Surg Radiol Anat. 2000;22:271-6.
20. American Medical Association. Vurdering af bevægelsesomfang – den praktiske vejledning til vurdering af bevægelsesomfang. Chicago: American Medical Association; 2002.
21. Nester CJ, van der Linden ML, Bowker P. Effect of foot orthoses on the kinematics and kinetics of normal walking gait. Gait Posture 2003; 17: 180-7.
22. Kaufman KR, Chambers HG, Sutherland DH. Variabilitet af tidsmæssige afstandsmålinger i patologiske gangundersøgelser. Gait Posture. 1996;4:167-208.