SCIENTIFIC ARTICLES
Ankle movements during normal gait evaluated by flexible electrogoniometer
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
OBJECTIVE: Futópadon sétáló egészséges egyének bokamozgásának értékelése rugalmas elektrogoniométerrel.
MÓDSZER: A dorziflexiós és talpflexiós, valamint az everziós/inverziós mozgásokat 90 másodpercen keresztül rögzítettük 5,0 km/h sebesség mellett. A vizsgálatban tíz egészséges fiatal férfi vett részt, akik átlagéletkora 21,4 ± 2,99 év, átlagos magassága 1,62 ± 0,22 méter volt. Az adatokat leíró módon elemezték (átlag, szórás, maximum és minimum). A sagittalis síkban a járásciklust három időpontban elemeztük, a mozgáscsúcsokat figyelembe véve: lapos láb (FF), középtalp (M) és lábujjhegy (TO). Meghatároztuk az ezeknek a fázisoknak megfelelő inverziós és everziós szögeket, valamint a járásciklusok alatti mozgáscsúcsokat. Kiszámítottuk az alanyok közötti és az alanyon belüli variabilitási együtthatókat (CV).
Eredmények: Az átlagértékek a sagittalis síkban a bal és a jobb boka esetében a következők voltak: FF-nél 7º és 4º, M-nél 2º és 7º, TO-nál 24º és 19º. A frontális síkban az eredmények FF-ben 5º és 3º, M-ben 4º és 5º, TO-ban pedig 15º és 16º inverzió volt. A csúcsértékek 17º-os és 18º-os inverzió és 1º-os everzió voltak. A vizsgálaton belüli maximális CV 0,39, a vizsgálatközi maximális CV pedig 0,44 volt.
Összefoglalás: Az elektrogoniométerrel kapott eredmények viszonylag hasonlóak voltak a szakirodalomban közölt adatokhoz a sagittalis síkban, de a frontalis síkban nem. A bokamozgásokat mérő tanulmányok közötti eltérések arra utalnak, hogy szükség van a rögzítési eljárások szabványosítására.
Kulcsszavak: járás; boka; kinematika; elektrogoniométer.
Összefoglaló
cél: Egészséges egyének bokamozgásának értékelése futópados járás közben rugalmas elektrogoniometriával.
MÓDSZEREK: A talpi dorziflexió/flexió és az inverzió/everszió mozgását 90 másodpercen keresztül 5,0 km/h sebességgel rögzítettük. A vizsgálatban tíz egészséges fiatal férfi vett részt, átlagéletkoruk 21,4 ± 2,99 év, átlagos testmagasságuk 1,62 ± 0,22 méter. Az adatokat leíró módon elemezték (átlag, szórás, minimális és maximális értékek). A sagittalis síkban a járási ciklust három pillanatban elemeztük, figyelembe véve a mozgáscsúcsokat: lapos láb (PP), közepes alátámasztás (MA) és lábujjak visszahúzása (RD). Meghatároztuk az ezeknek a fázisoknak megfelelő inverziós/eversziós szögeket, valamint a járási ciklusok alatti mozgáscsúcsokat. Kiszámították az alanyok közötti és az alanyon belüli variációs együtthatót (CV).
Eredmények: Az átlagos szagittális síkbeli értékek a bal és a jobb boka esetében a következők voltak: 7º és 4º a PP-ben, 2º és 7º a MA-ban, 24º és 19º a RD-ben. A frontális síkban az eredmények a következők voltak: 5. és 3. inverzió a PP-ben, 4. és 5. inverzió a MA-ban, 15. és 16. inverzió a RD-ben, a csúcsértékek a 17. és 18. inverzió és az 1. everzió voltak. Az alanyon belüli maximális CV 0,39, az alanyok közötti CV pedig 0,44 volt.
KÖVETKEZTETÉS: Az elektrogoniométerrel kapott eredmények viszonylag hasonlóak a szakirodalomban közölt adatokhoz a sagittalis síkban, de a frontális síkban nem. A bokamozgásokat értékelő tanulmányok közötti eltérések arra utalnak, hogy szükség van a rögzítési eljárások szabványosítására.
Kulcsszavak: járás; boka; kinematika; elektrogoniométer.
BEVEZETÉS
A “bokaízületi komplex” kifejezés a boka és a lábszár alatti ízületek által alkotott szerkezetre utal1. A boka mozgása fontos a normál, koordinált járás és a súlypont egyenletes, szinuszos oszcillációja szempontjából2. A lábfej inverziójának/eversziójának legnagyobb részéért a boka alatti ízület felelős. Lehetővé teszi, hogy a lábfej alkalmazkodjon a szabálytalan terepviszonyokhoz, biztosítja a lengéscsillapítást, és a járás lábujjhegyi szakaszában merev szegmensként szolgál a test mozgatásához3.
Az emberi funkcionális mozgások mérése lehetővé teszi bizonyos populációk mozgásmintáinak jellemzését és a “normális vagy elvárt” minták azonosítását. Ezek az adatok elengedhetetlenek az abnormális minták azonosításához és a károsodások, fogyatékosságok és hátrányok jellemzéséhez. Az átlagértékek és a normális alanyok várható szórásának leírása révén irányelveket lehet felállítani a klinikai döntések meghozatalához és a kezelési programok hatékonyságának meghatározásához.
A dinamikus tevékenységek, például a járás értékeléséhez a szögmozgások felvételének folyamatosnak kell lennie, és azt pontos berendezéssel kell végezni. A járás értékelésére háromdimenziós optoelektronikus rendszereket, fluoroszkópiát, gyorsulásmérőket/giroszkópokat, elektromágneses és ultrahangos nyomkövető rendszereket, potenciometrikus elektrogoniométereket és erőmérő platformokat használtak. Bár az optoelektronikus rendszereket pontosnak tekintik, kalibrációs eljárásaik és adatelemzésük is időigényesnek számítanak. Másrészt a potenciometriás elektrogoniométerek pontossága veszélyeztetettnek tűnik, mivel nem képesek követni az ízület forgástengelyének mozgások során bekövetkező változásait.
A rugalmas elektrogoniométereket különböző ízületek, például a csukló, a térd és az ágyéki gerinc funkcionális értékelésére is használták. Előnyük, hogy könnyűek, hordozhatók, könnyen alkalmazhatók, nem zavarják az elvégzett tevékenységeket, nem korlátozzák a mozgást, és jól alkalmazkodnak a testrészekhez4,5. Ezenfelül az ilyen berendezések nagyfokú reprodukálhatóságot mutatnak, ha megfelelő mérési protokollal együtt alkalmazzák őket, az alany és az érzékelők helyzetének szabványosításával6,7. Shiratsu és Coury8 szerint ezek az elektrogoniométerek pontosnak tekinthetők, nagy mozgások esetén 5º-nál kisebb hibával, 0º és 10º közötti mozgások esetén pedig minimális hibával. Bár ezt a berendezést már használták a bokaízületi komplexum passzív méréseiben6,7, a vonatkozó szakirodalomban nem találtunk a bokamozgások dinamikus és funkcionális rögzítéséről szóló tanulmányokat. Ezért szükség van egészséges alanyok járásfelvételeinek adatbázisára, amelyet a klinikai környezetben és a kutatásban lehetne felhasználni.
A jelen vizsgálat célja tehát az volt, hogy egy rugalmas biaxiális elektrogoniométer segítségével értékelje a bokaízületi komplex dorziflexiós és talpflexiós, valamint inverziós/eversiós mozgását egészséges fiatal egyéneknél, akik futópadon, ellenőrzött sebességgel (5,0 km/h) járnak.
MÓDSZEREK
Alanyok
Tíz egészséges férfi egyén vett részt a vizsgálatban, akik átlagéletkora 21,4 ± 2,99 év, átlagos tömege 64,7 ± 5,37 kilogramm és átlagos magassága 1,62 ± 0,22 méter. Azonban csak hét személy adatait elemeztük teljes körűen, mivel három jobb láb adatai technikai problémát jelentettek az adatelemzés során. Az elmúlt egy év során egyik személy sem számolt be térd-, boka- vagy lábszár alatti ízületi fájdalomról. Nem volt kórtörténetükben lábsérülés vagy egyensúlyzavar, nem volt valós vagy látszólagos eltérés a lábhosszban, és nem volt térd- vagy lábtartásbeli változás. Ahhoz, hogy ezt a homogén mintát megkapjuk, egy sokkal nagyobb csoport (N= 70) is átesett egy szűrési folyamaton.
A kiválasztott személyeket tájékoztatták a vizsgálat céljairól, és aláírtak egy űrlapot, amelyben beleegyezésüket adták az eljárásokhoz. A projektet a São Carlos-i Szövetségi Egyetem Kutatási Etikai Bizottsága jóváhagyta (035/04-es számú jegyzőkönyv).
Az anyag és a felszerelés
Egy speciális bokaelektrogoniométer érzékelő (modell SG110/A, adatgyűjtő DL1001, szoftver verzió 3.2; Biometrics, Gwent, Egyesült Királyság), egy ergométeres futópadot és egy digitális kronométert használtunk.
Eljárások
Az adatgyűjtéshez a láb bokához közeli oldalsó részét leborotváltuk és megtisztítottuk. A bokaízülethez teleszkópos és rögzített elektrogoniométer végblokkokat erősítettünk az 1. ábrán látható módon. A rögzített végblokkot a lábfej nagytengelyével párhuzamosan, az oldalsó malleolus alatt helyezték el, a teleszkópos végblokkot pedig a lábfej nagytengelyéhez igazították.
Az érzékelő csatlakoztatásával az adatgyűjtőt (adatgyűjtő egységet) úgy kalibráltuk, hogy az alanyok semleges helyzetben voltak: nyugodt testtartásban álltak, a testsúly egyenlően oszlott el a két láb között, helyhez kötött egyensúlyban. A dorflexiót és az inverziót pozitívnak vettük, a mintavételi frekvencia pedig 1000 Hz volt. A kétperces ismerkedési időszak után 90 másodpercnyi adatot rögzítettünk a futópadon 5,0 km/h sebességgel.
A kísérleti vizsgálatok során megfigyelték, hogy az elektrogoniométer rugója a bokamozgások során az oldalsó malleolus jelenléte miatt a frontális síkban kitágult. Ezért egy mérőeszközzel vizsgálatot végeztünk annak ellenőrzésére, hogy a rugó kitágulása nem zavarja-e a felvételeket (2. ábra). A malleolus reprodukálására egy gipsszel bevont sínből álló formát készítettek. Ezt helyezték a mérőberendezésbe, amely tiszta talpflexiós és dorziflexiós mozgásokat végzett.
A vizsgálat azt mutatta, hogy a tiszta dorziflexiós és talpflexiós mozgások végrehajtása során rögzített frontális síkbeli mozgások átlagértékei közel voltak a nullához (átlagos hiba 0,3º), és a legnagyobb talált hiba 1,5º volt. Ezek az eredmények azt mutatták, hogy úgy tűnt, hogy az oldalsó malleolus nem változtatja meg az inverzió/everszió elektrogoniométeres felvételeit.
Az adatok elemzése
A sagittalis síkban minden egyes ciklust három csúcsérték alapján elemeztünk: a lábfej lapos (FF), a középtartás (M) és a lábujj le (TO). Meghatároztuk az ezeknek a fázisoknak megfelelő inverziós/eversziós szögeket. Az inverziós és everziós csúcsokat is értékelték. A görbéket és az elemzett csúcsokat a 3. ábra mutatja. Kiszámítottuk az átlagértékeket, a szórást (SD), valamint az egyének által járás közben elért maximális és minimális csúcsértékeket.
A fent leírt eljárással, a saroknál és a második lábközépcsont fejénél lévő lábváltókkal végzett kísérleti vizsgálatot végeztünk a sarokütés (HS) és a lábujj leérkezés (TO), az ebből következő járási események és a járási ciklus meghatározására. A csúcsértékek összehasonlítása a sagittális és frontális síkban, lábkapcsolóval és anélkül, nem mutatott különbséget.
A Winter9 által leírt variációs együtthatót (CV) is kiszámítottuk, hogy mérni tudjuk a variabilitást egy egyén esetében (a lépések között) és a különböző egyének között. Ezt a következő képlet alkalmazásával kaptuk meg:
mely N = a görbe pontjainak száma
si = szórás minden egyes i pillanatban
Mi = átlag minden egyes i pillanatban
EREDMÉNYEK
A járási ciklus különböző fázisaiban kapott szögeket a sagittális és frontális síkban, egy tipikus alany esetében a 4. ábra mutatja be.
Az 1. táblázat a sagittális és frontális síkban, a jobb és bal oldalra vonatkozóan rögzített átlagokat, szórásokat, valamint a maximális és minimális értékeket mutatja. A sagittalis síkban az értékek a járásciklus alatti minden egyes csúcsra és a két egymást követő járási esemény (FF-M és M-TO) közötti mozgástartományra (ROM) vonatkoznak. A frontális síkban a megfelelő inverziós és everziós mozgások e járási eseményeknél, valamint a járási ciklus alatti maximális és minimális értékek kerülnek bemutatásra.
A jobb és bal oldal közötti különbség a sagittalis síkban 3º és 5º között volt; az amplitúdók összehasonlításával a különbség 1,5º-ra és 0,5º-ra csökkent. A frontális síkban a lábfej szinte a teljes járási ciklus alatt inverz volt, és az inverzió átlagértéke sokkal nagyobb volt, mint az everzióé.
Az alanyon belüli variabilitás kisebb volt, mint az alanyok közötti variabilitás a mindkét síkban előforduló mozgásoknál szinte minden alany esetében. Csak egy alanynál volt nagyobb a tárgyon belüli CV, mint a tárgyak közötti CV (lásd a 2. táblázatot). Az intra-szubjektum CV kisebb volt a frontális, mint a sagittális síkban, míg az inter-szubjektum CV hasonló volt a két síkban.
DISZKURZUS
Az eredmények egészséges fiatal férfiak 5,0 km/h sebességű futópadon, rugalmas elektrogoniométerrel végzett járás szögparamétereit szolgáltatták. Mivel a rendelkezésre álló szakirodalomban nem találtunk más, rugalmas elektrogoniométert járás közben alkalmazó vizsgálatot, ezek az eredmények hasznosak lehetnek hasonló alanyok esetében, mint egészséges populációra vonatkozó adatbázis.
A hajlékony elektrogoniométerek hordozhatóak, ami azt jelenti, hogy zárt térben is használhatók klinikai és munkahelyi környezetben. Emellett könnyen alkalmazhatók, és magas reprodukálhatóságot és pontosságot mutatnak4-8. Ezek a tulajdonságok pontos klinikai értékeléseket tesznek lehetővé, és ezáltal kielégítik az ilyen források hiánya miatt jelentkező igényt, figyelembe véve, hogy a fizikoterápiás járásértékelést általában vizuális becsléssel végzik, amelynek reprodukálhatósága és pontossága alacsony a klinikai környezetben. Másik előnye a nagy mennyiségű adat kétoldali elemzésének lehetősége, amelyet a legtöbb rendelkezésre álló pontos berendezéssel nem könnyű elvégezni.
A jelen eredmények és más, már publikált tanulmányok összehasonlításának megkönnyítése érdekében a 3. táblázatot mutatjuk be. A közölt tanulmányok eredményei közötti eltérések arra utalnak, hogy hiányoznak az ezen ízületek értékelésére szolgáló szabványosított eljárások.
A sagittalis síkban talált értékek közel álltak az irodalomban közölt tartományokhoz. Egyedül az M-csúcshoz viszonyítva nem volt ez így. Ez utóbbi megállapítás az adatgyűjtési eljárásokkal, különösen a futópadon végzett járásfelvételekkel magyarázható. Nymark és munkatársai16 szerint a dorziflexió M-nél csökken, ha összehasonlítjuk a föld feletti és a futópadon való járást. Ezek a szerzők 30,9º ± 5,7º-os boka mozgástartományt találtak természetes sebességnél futópadon, ami közel állt a jelen vizsgálatban a jobb boka értékéhez. Másrészt a frontális síkbeli mozgások esetében a szakirodalomban közölt eredmények eltértek a jelen vizsgálatban kapott eredményektől. A jelen tanulmányban az inverzió átlagos értékei elérték a 19º-ot, míg más jelentések alacsonyabb értékeket írnak le (maximum 9,1º). A jelen vizsgálatban az everziós mozgásoknál általában ennek az ellenkezője történt.
Az eltérő mérések azonosításakor mindig figyelembe kell venni a mérési vagy átfedési hibákat. Ezenkívül a pontos síkok meghatározása, amelyek körül a mozgás végbemegy, fontos az elektrogoniométeres keresztbeszólások elkerülése érdekében17. Egy másik lehetséges hibaforrás lehet a rugó alatti malleolus jelenléte. A prototípuson végzett kísérleti vizsgálat azonban azt mutatta, hogy az elektrogoniométer rugójának a malleoluson való csúszása nem zavarta a boka inverziójának és everziójának mérését a vizsgálatok során.
A tengely helyének meghatározása, amely körül a szubtaláris inverziós és everziós mozgások végbemennek, némi vita tárgyát képezi. Úgy tűnik, hogy ennek a tengelynek a helyzete egyénenként nagyon eltérő. Egyes szerzők szerint ez a tengely fix ferde orientációt mutat (42º a lábfej vízszintes irányához és 23º a medialis irányhoz képest)2. Más szerzők szerint a subtalaris ízületnek több pillanatnyi mozgási tengelye van, nem pedig egyetlen fix tengely18,19, sőt, akár 12 tengely létezését is elfogadták20. Jelenleg nincs olyan berendezés, amely képes lenne kezelni ezt a komplexitást. A különböző pillanatnyi tengelyek követésére nagyobb érzékenységű berendezéseket kell kifejleszteni, és több vizsgálatot kell végezni a rendelkezésre álló adatok pontosítása érdekében.
A boka semleges helyzetének meghatározása egy másik fontos kérdés a járásmérési eljárások szabványosítása szempontjából6,12. Ball és Johnson6 kézi tapintással végzett módszert alkalmazott a lábszárcsont alatti ízület semleges helyzetének meghatározására. Moseley és munkatársai12 szerint ezt a pozíciót akkor kell meghatározni, amikor az alanyok ülnek és nem viselnek testsúlyt. A jelen vizsgálatban a semleges testhelyzetet akkor állapították meg, amikor az egyén nyugodtan állt, és a testsúlyát a két lába egyformán támogatta. Ugyanezt az eljárást írta le Nester és munkatársai21. Ezt az eljárást az egyének közötti reprodukálhatóság biztosítása érdekében választották, valamint azért, mert ez közelebb állt a mért funkcionális helyzethez, mint a többi leírt eljárás.
A jelen vizsgálatban minden egyes személytől körülbelül 80 járásciklust elemeztek. Kaufman és munkatársai22 megállapították, hogy legalább 22 ciklusra van szükség a pontos adatok megszerzéséhez. Ezért az elemzett ciklusok száma reprezentatívnak tekinthető az egyes alanyok mozgásmintázatára nézve.
Az alanyon belüli és az alanyok közötti variabilitás tekintetében a ciklusok közötti alanyon belüli variabilitás kisebb volt, mint a különböző egyének közötti variabilitás. Ez annak ellenére történt, hogy az elemzett alanyok antropometriai szempontból hasonlóak voltak. Továbbá ezt a változót a jelen vizsgálatban szisztematikusan kontrollálták. Ez arra utal, hogy a viszonylag homogén, normális egyének esetében a “normálisnak” vagy elvártnak tekintett mozgásmintázat viszonylag széles tartományt mutathat az ilyen típusú vizsgálatokban. Ez tehát óvatosságot sugall ezen ízületek mozgásmintázatának elemzése során, és megerősíti a pontosabb berendezések és eljárások szükségességét.
A dorziflexiós és talpflexiós mozgásokban nagyobb egyénközi, mint egyénen belüli variabilitást is leírtak a szakirodalomban11,15. Ez azt sugallja, hogy egy egyén járása szabályos mozgásmintázatot mutat, a ciklusok között kis eltérésekkel, ha a sebesség állandó, de az egyének különböznek egymástól. Ezeknek az eredményeknek egyértelmű klinikai következményei vannak, és figyelembe kell venni a klinikai járáselemzés során.
ÖSSZEGZÉS
A különböző szerzők által kapott eredmények közötti nagy eltérések arra utalnak, hogy a mérési eljárások nagyobb mértékű szabványosítására van szükség, különösen a bokaízület semleges helyzetének meghatározása tekintetében.
A sagittalis síkban az azonosított értékek viszonylag hasonlóak voltak a video mozgáselemző rendszereket vagy potenciometriás elektrogoniométereket alkalmazó más tanulmányokban talált értékekhez. Másrészt a frontális síkban a jelen vizsgálatban magasabb inverziós értékeket azonosítottak.
Viszonylag alacsony intraindividuális variabilitást azonosítottak. A talált nagyobb interindividuális variabilitás azonban arra utal, hogy a boka mozgásmintázata még antropometriailag hasonló egyének között is nagymértékben változhat.
Megjegyzések: 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 ajánlás a különböző ízületek ízületi koordinátarendszerének definícióiról az emberi ízületi mozgás jelentéséhez. J Biomech. 2002;35:543-8.
3. Tiberio D. A funkcionális boka dorziflexiójának értékelése a szubtaláris semleges helyzet segítségével: klinikai jelentés. Phys Ther. 1987;67: 955-7.
4. Tesio L, Monzani M, Gatti R, Franghignoni F. Rugalmas elektro-goniométerek: kineziológiai előnyök a potenciometriás goniométerekkel szemben. Clin Biomech. 1995;10:275-7.
5. Rowe PJ, Myles CM, Hillmann SJ, Hazlewood ME. A rugalmas elektrogoniometria mint az ízületi kinematika mérésének validálása. Physiotherapy. 2001;87:479-88.
6. Ball P, Johnson GR. A hátsó lábfej goniometriájának megbízhatósága rugalmas elektrogoniométer használata esetén. Clin Biomech. 1993;8:13-9.
7. Ball P, Johnson GR. A hátsó lábfej inverziójának és everziójának mérési technikája és alkalmazása normál populáció vizsgálatára. Clin Biomech. 1996;8:165-9.
8. Shiratsu A, Coury HJCG. Egy flexibilis elektrogoniométer különböző érzékelőinek megbízhatósága és pontossága. Clin Biomech. 2003;18:682-4.
9. Winter DA. Kinematikai és kinetikai minták az emberi járásban: variabilitás és kompenzáló hatások. Hum Mov Sci. 1984;3: 51-76.
12. Moseley L, Smith R, Hunt A, Gant R. A hátsó lábfej háromdimenziós kinematikája a járás állásfázisa során normál fiatal felnőtt férfiaknál. Clin Biomech. 1996;11:39-45.
15. Leardini A, Benedetti MG, Catani F, Simoncini L, Giannini S. Anatómiai alapú protokoll a lábszegmensek kinematikájának leírására járás közben. Clin Biomech. 1999;14:528-36.
16. Nymark JR, Balmer SJ, Melis EH, Lemaire ED, Millar S. Elektromiográfiai és kinematikai nem mozgássérült járáskülönbségek rendkívül lassú overgroung és futópadon való járás sebességénél. J Rehab Res Dev. 2005;42:523-34.
17. Hansson G-Å, Balogh I, Ohlsson K, Skerfving S. A csukló és az alkar helyzetének és mozgásának mérése: a goniométer keresztbeszólásának hatása és kompenzálása. J Electromyogr Kinesiol. 2004;14:355-67.
18. Zografos S, Chaminade B, Hobatho MC, Utheza G. A subtalar ízület tengelyének kísérleti vizsgálata előzetes vizsgálat. Surg Radiol Anat. 2000;22:271-6.
20. Amerikai Orvosi Társaság. A mozgástartomány felmérése – a mozgástartomány felmérésének gyakorlati útmutatója. Chicago: American Medical Association; 2002.
21. Nester CJ, van der Linden ML, Bowker P. Foot orthoses 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. Az időbeli távolságmérések változékonysága kóros járásvizsgálatokban. Gait Posture. 1996;4:167-208.