ARTIGLIERIA SCIENTIFICA
Movimenti della caviglia durante l’andatura normale valutati da un elettrogoniometro flessibile
Movimenti del tornozelo durante una marcia normale 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
OBIETTIVO: Valutare i movimenti della caviglia di individui sani che camminano su un tapis roulant, per mezzo di un elettrogoniometro flessibile.
METODO: I movimenti di dorsiflessione e flessione plantare e di eversione/inversione sono stati registrati per 90 secondi a una velocità di 5,0 km/h. Dieci giovani uomini sani di età media 21,4 ± 2,99 anni e altezza media 1,62 ± 0,22 metri hanno partecipato a questo studio. I dati sono stati analizzati descrittivamente (media, deviazione standard, massimo e minimo). Nel piano sagittale, il ciclo del passo è stato analizzato in tre momenti, prendendo i picchi di movimento: piede piatto (FF), midstance (M) e toe off (TO). Gli angoli di inversione ed eversione corrispondenti a queste fasi sono stati identificati, così come i picchi di movimento durante i cicli dell’andatura. Sono stati calcolati i coefficienti di variabilità (CV) inter e intra-soggetto.
RISULTATI: I valori medi per il piano sagittale, per le caviglie destra e sinistra erano, rispettivamente: 7º e 4º a FF, 2º e 7º a M, e 24º e 19º a TO. Per il piano frontale, i risultati erano inversione di 5º e 3º a FF, 4º e 5º a M, e 15º e 16º a TO. I valori di picco erano un’inversione di 17º e 18º e un’eversione di 1º. Il CV massimo intra-soggetto era di 0,39, e il CV massimo inter-soggetto era di 0,44.
CONCLUSIONE: I risultati ottenuti dall’elettrogoniometro erano relativamente simili ai dati riportati in letteratura per il piano sagittale, ma non per il piano frontale. Le discrepanze tra gli studi che misurano i movimenti della caviglia suggeriscono la necessità di standardizzare le procedure di registrazione.
Parole chiave: andatura; caviglia; cinematica; elettrogoniometro.
RESUMO
OBIETTIVO: Valutare i movimenti della caviglia di individui sani durante la camminata su tapis roulant mediante elettrogoniometria flessibile.
METODI: I movimenti di dorsiflessione/flessione plantare e inversione/eversione sono stati registrati per 90 secondi a una velocità di 5,0 km/h. Dieci giovani maschi sani, età media 21,4 ± 2,99 anni, altezza media 1,62 ± 0,22 metri hanno partecipato allo studio. I dati sono stati analizzati descrittivamente (media, deviazione standard, valori minimi e massimi). Nel piano sagittale, il ciclo del passo è stato analizzato in tre momenti, considerando i picchi di movimento: piede piatto (PP), appoggio medio (MA) e ritiro della punta (RD). Gli angoli di inversione/eversione corrispondenti a queste fasi sono stati identificati, così come i picchi di movimento durante i cicli del passo. Il coefficiente di variazione (CV) inter- e intra-soggetto è stato calcolato.
RISULTATI: I valori medi del piano sagittale per la caviglia sinistra e destra erano rispettivamente 7º e 4º in PP, 2º e 7º in MA, 24º e 19º in RD. Nel piano frontale, i risultati sono stati: 5° e 3° inversione in PP, 4° e 5° inversione in MA, 15° e 16° inversione in RD, i valori di picco erano 17° e 18° inversione e 1° eversione. Il massimo CV intra-soggetto era 0,39 e il CV inter-soggetto era 0,44.
CONCLUSIONE: I risultati ottenuti con l’elettrogoniometro sono relativamente simili ai dati riportati dalla letteratura per il piano sagittale, ma non per il piano frontale. Le discrepanze tra gli studi che valutano i movimenti della caviglia suggeriscono la necessità di standardizzare le procedure di registrazione.
Parole chiave: andatura; caviglia; cinematica; elettrogoniometro.
INTRODUZIONE
Il termine “complesso articolare della caviglia” si riferisce alla struttura composta dalle articolazioni della caviglia e subtalari1. I movimenti della caviglia sono importanti per la normale andatura coordinata e l’oscillazione sinusoidale del centro di gravità2. L’articolazione subtalare è responsabile della maggior parte dell’inversione/eversione del piede. Permette al piede di adattarsi al terreno irregolare, fornisce l’assorbimento degli urti e funge anche da segmento rigido per la propulsione del corpo durante la fase di stacco del piede3.
Le misurazioni dei movimenti funzionali umani permettono di caratterizzare i modelli di movimento per popolazioni specifiche e di identificare i modelli “normali o attesi”. Questi dati sono essenziali per identificare modelli anormali e caratterizzare menomazioni, disabilità e handicap. Attraverso la descrizione dei valori medi e la variazione attesa per i soggetti normali, è possibile stabilire linee guida per prendere decisioni cliniche e determinare l’efficacia dei programmi di trattamento.
Per valutare attività dinamiche come l’andatura, le registrazioni del movimento angolare devono essere continue e ottenute con apparecchiature precise. Sistemi optoelettronici tridimensionali, fluoroscopia, accelerometri/giroscopi, sistemi di tracciamento elettromagnetici e a ultrasuoni, elettrogoniometri potenziometrici e piattaforme di forza sono stati utilizzati per valutare l’andatura. Anche se i sistemi optoelettronici sono stati considerati precisi, le loro procedure di calibrazione e l’analisi dei dati sono anche considerate dispendiose in termini di tempo. D’altra parte, la precisione degli elettrogoniometri potenziometrici sembra essere compromessa a causa della loro incapacità di seguire i cambiamenti dell’asse di rotazione delle articolazioni che avvengono durante i movimenti.
Gli elettrogoniometri flessibili sono stati utilizzati anche per la valutazione funzionale di diverse articolazioni, come il polso, il ginocchio e la colonna lombare. I loro vantaggi sono che sono leggeri, portatili, facilmente applicabili, non interferiscono nelle attività svolte, non limitano i movimenti e si adattano bene ai segmenti del corpo4,5. Inoltre, tali apparecchiature presentano un’alta riproducibilità quando vengono utilizzate insieme a un protocollo di misurazione adeguato, con la standardizzazione della posizione del soggetto e dei sensori6,7. Secondo Shiratsu e Coury8 questi elettrogoniometri possono essere considerati accurati, con un errore inferiore a 5º per grandi movimenti, e un errore minimo nei movimenti tra 0º e 10º. Anche se questa apparecchiatura è stata utilizzata nelle misurazioni passive del complesso articolare della caviglia6,7, nella letteratura pertinente non sono stati trovati studi sulla registrazione dinamica e funzionale dei movimenti della caviglia. Quindi, c’è bisogno di un database di registrazioni dell’andatura da soggetti sani, da utilizzare in ambito clinico e nella ricerca.
Quindi, l’obiettivo del presente studio è stato quello di valutare i movimenti di dorsiflessione e flessione plantare e inversione/eversione del complesso articolare della caviglia in individui giovani sani che camminano su un tapis roulant a una velocità controllata (5,0 km/h), utilizzando un elettrogoniometro flessibile biassiale.
METODI
Soggetti
A questo studio hanno partecipato dieci individui maschi sani di età media 21,4 ± 2,99 anni, massa media 64,7 ± 5,37 chilogrammi e altezza media 1,62 ± 0,22 metri. Tuttavia sono stati analizzati completamente solo i dati di sette soggetti, poiché i dati di tre gambe destre hanno presentato problemi tecnici durante l’analisi dei dati. Nessuno dei soggetti aveva presentato rapporti di dolore alle ginocchia, alle caviglie o alle articolazioni subtalari nell’ultimo anno. Non avevano storie di lesioni alle gambe o disturbi dell’equilibrio, nessuna discrepanza reale o apparente nella lunghezza delle gambe e nessuna alterazione posturale del ginocchio o del piede. Per ottenere questo campione omogeneo, un gruppo molto più grande di individui (N= 70) è passato attraverso un processo di screening.
Le persone selezionate sono state informate sugli obiettivi dello studio e hanno firmato un modulo di consenso informato alle procedure. Il progetto è stato approvato dal Comitato Etico di Ricerca dell’Università Federale di São Carlos (Protocollo numero 035/04).
Materiale e attrezzature
Un sensore specifico per elettrogoniometro della caviglia (modello SG110/A, data logger DL1001, software versione 3.2; Biometrics, Gwent, UK), un tapis roulant ergometrico e un cronometro digitale sono stati utilizzati.
Procedure
Per la raccolta dei dati, una parte laterale della gamba vicino alla caviglia è stata rasata e pulita. Gli endblock telescopici e fissi dell’elettrogoniometro sono stati attaccati all’articolazione della caviglia come mostrato nella Figura 1. L’endblock fisso era posizionato parallelamente all’asse maggiore del piede, sotto il malleolo laterale, e l’endblock telescopico era allineato con l’asse maggiore della gamba.
Con il sensore collegato, il data logger (unità di acquisizione dati) è stato calibrato con i soggetti in posizione neutra: in piedi in una postura rilassata, con il peso del corpo distribuito equamente tra i due piedi, in equilibrio stazionario. La dorsiflessione e l’inversione sono state considerate positive e la frequenza di campionamento adottata è stata di 1000 Hz. Dopo un periodo di familiarizzazione di due minuti, sono stati registrati 90 secondi di dati sul tapis roulant ad una velocità di 5,0 km/h.
Durante gli studi pilota, era stato osservato che la molla dell’elettrogoniometro era distesa sul piano frontale dalla presenza del malleolo laterale durante i movimenti della caviglia. Per questo motivo, è stato eseguito un test utilizzando un dispositivo di misurazione per verificare se la distensione della molla avrebbe interferito nelle registrazioni (Figura 2). Uno stampo costituito da una stecca ricoperta di gesso è stato costruito per riprodurre il malleolo. Questo è stato posto nel dispositivo di misurazione, che ha eseguito movimenti puri di flessione plantare e dorsiflessione.
Questo test ha dimostrato che i valori medi dei movimenti del piano frontale registrati durante l’esecuzione dei movimenti puri di dorsiflessione e di flessione plantare erano vicini allo zero (errore medio di 0,3º), e l’errore massimo trovato era di 1,5º. Questi risultati hanno dimostrato che il malleolo laterale non sembra alterare le registrazioni dell’elettrogoniometro di inversione/eversione.
Analisi dei dati
Al piano sagittale, ogni ciclo è stato analizzato per mezzo di tre picchi: piede piatto (FF), midstance (M) e toe off (TO). Gli angoli di inversione/eversione corrispondenti a queste fasi sono stati identificati. Sono stati valutati anche i picchi di inversione ed eversione. Le curve e i picchi analizzati sono mostrati nella Figura 3. Sono stati calcolati i valori medi, la deviazione standard (SD) e i picchi massimi e minimi raggiunti dagli individui mentre camminavano.
Uno studio pilota è stato fatto con la stessa procedura descritta sopra, utilizzando interruttori del piede al tallone e alla seconda testa metatarsale, per determinare il heel strike (HS) e toe off (TO), gli eventi dell’andatura conseguenti e il ciclo dell’andatura. Il confronto dei picchi nei piani sagittale e frontale, con e senza interruttori del piede, non ha rivelato alcuna differenza.
Il coefficiente di variazione (CV) descritto da Winter9 è stato calcolato anche per misurare la variabilità per un singolo individuo (tra i passi), e tra diversi individui. Questo è stato ottenuto applicando la seguente formula:
dove N = numero di punti sulla curva
si = deviazione standard ad ogni istante i
Mi = media ad ogni istante i
RISULTATI
Gli angoli ottenuti da diverse fasi del ciclo del passo per il piano sagittale e frontale, per un soggetto tipico, sono presentati nella Figura 4.
La tabella 1 mostra le medie, le deviazioni standard e i valori massimi e minimi registrati per i piani sagittale e frontale, per i lati destro e sinistro. Nel piano sagittale, i valori sono presentati per ogni picco durante il ciclo del passo e per il range di movimento (ROM) tra due eventi consecutivi del passo (FF a M e M a TO). Nel piano frontale, vengono presentati i movimenti di inversione ed eversione corrispondenti a questi eventi dell’andatura e i valori massimi e minimi durante il ciclo dell’andatura.
La differenza tra i lati destro e sinistro nel piano sagittale variava da 3º a 5º; confrontando le ampiezze, la differenza si riduce a 1,5º e 0,5º. Nel piano frontale, il piede era invertito durante quasi tutto il ciclo dell’andatura e il valore medio dell’inversione era molto più grande di quello dell’eversione.
La variabilità intra-soggetto era più piccola della variabilità inter-soggetto per i movimenti che avvengono in entrambi i piani per quasi tutti i soggetti. Solo un soggetto ha presentato un CV intra-soggetto superiore al CV inter-soggetto (vedi tabella 2). Il CV intra-soggetto era più piccolo per il piano frontale che per il piano sagittale, mentre il CV inter-soggetto era simile per i due piani.
DISCUSSIONE
I risultati hanno fornito parametri angolari per l’andatura di giovani uomini sani su un treadmill ad una velocità di 5,0 km/h, per mezzo di un elettrogoniometro flessibile. Poiché nella letteratura disponibile non sono stati identificati altri studi che utilizzano un elettrogoniometro flessibile durante l’andatura, questi risultati possono essere utili per soggetti simili, come database su una popolazione sana.
Gli elettrogoniometri flessibili sono portatili, il che significa che possono essere utilizzati in spazi ristretti in ambienti clinici e professionali. Sono anche facilmente applicabili e presentano un’alta riproducibilità e accuratezza4-8. Queste caratteristiche permettono valutazioni cliniche accurate, soddisfacendo così la necessità presentata dalla mancanza di tali fonti, considerando che la valutazione dell’andatura in fisioterapia è di solito eseguita dalla stima visiva, che ha bassa riproducibilità e precisione in ambienti clinici. Un altro vantaggio è la possibilità di analizzare una grande quantità di dati, bilateralmente, che non è facilmente eseguita dalla maggior parte delle apparecchiature accurate disponibili.
Per facilitare il confronto tra i presenti risultati e altri studi già pubblicati, viene presentata la tabella 3. La variabilità tra i risultati degli studi riportati suggerisce la mancanza di procedure standardizzate per la valutazione di queste articolazioni.
I valori trovati nel piano sagittale erano vicini ai range riportati in letteratura. Solo in relazione al picco M questo non si è verificato. Quest’ultimo risultato può essere spiegato dalle procedure di raccolta dei dati, in particolare dalle registrazioni dell’andatura su treadmill. Secondo Nymark et al.16, la dorsiflessione è ridotta a M quando si confronta l’andatura su terreno e su tapis roulant. Questi autori hanno trovato un range di movimento della caviglia di 30,9º ± 5,7º a velocità naturale su un tapis roulant, che era vicino al valore della caviglia destra nel presente studio. D’altra parte, per i movimenti sul piano frontale, i risultati riportati in letteratura differiscono da quelli ottenuti nel presente studio. I valori medi per l’inversione hanno raggiunto i 19º nel presente studio, mentre altri rapporti descrivono valori più bassi (massimo di 9,1º). In generale, il contrario si è verificato per i movimenti di eversione nel presente studio.
Gli errori di misurazione o di diafonia devono sempre essere presi in considerazione quando si identificano diverse misurazioni. Inoltre, la determinazione dei piani esatti intorno ai quali avviene il movimento è importante per evitare la diafonia dell’elettrogoniometro17. Un’altra possibile fonte di errore potrebbe essere la presenza del malleolo sotto la molla. Tuttavia, lo studio pilota condotto sul prototipo ha dimostrato che lo scorrimento della molla dell’elettrogoniometro sopra il malleolo non ha interferito con le misurazioni di inversione ed eversione della caviglia durante i test.
Determinare la posizione dell’asse attorno al quale avvengono i movimenti di inversione ed eversione subtalari è una questione controversa. La localizzazione di questo asse sembra variare molto da un individuo all’altro. Secondo alcuni autori, questo asse presenta un orientamento obliquo fisso (42º rispetto alla direzione orizzontale del piede, e 23º rispetto alla direzione mediale)2. Secondo altri autori, l’articolazione subtalare ha diversi assi di movimento istantanei, piuttosto che uno solo fisso18,19, ed è stata accettata anche l’esistenza di ben 12 assi20. Attualmente, nessuna apparecchiatura è in grado di gestire questa complessità. È necessario sviluppare apparecchiature con una maggiore sensibilità per seguire i diversi assi istantanei e condurre più studi per affinare i dati disponibili.
L’identificazione della posizione neutra della caviglia è un’altra questione importante per la standardizzazione delle procedure di misurazione dell’andatura6,12. Ball e Johnson6 hanno utilizzato un metodo che prevede la palpazione manuale per identificare la posizione neutra dell’articolazione subtalare. Secondo Moseley et al.12, questa posizione dovrebbe essere identificata quando i soggetti sono seduti e non portano alcun peso corporeo. Nel presente studio, la postura neutra è stata stabilita quando l’individuo era in piedi e rilassato con il suo peso sostenuto equamente dalle due gambe. La stessa procedura è stata descritta da Nester et al.21. Questa procedura è stata adottata per garantire la riproducibilità tra gli individui e perché era più vicina alla situazione funzionale misurata rispetto alle altre procedure descritte.
Nel presente studio sono stati analizzati circa 80 cicli di andatura per ogni individuo. Kaufman et al.22 hanno dichiarato che sono necessari almeno 22 cicli per ottenere dati precisi. Pertanto, il numero di cicli analizzati può essere considerato rappresentativo del modello di movimento di ogni soggetto.
Per quanto riguarda la variabilità intra e inter-soggetto, la variabilità intra-soggetto tra i cicli era più piccola della variabilità tra diversi individui. Questo si è verificato nonostante il fatto che i soggetti analizzati fossero antropometricamente simili. Inoltre, questa variabile è stata sistematicamente controllata nel presente studio. Ciò suggerisce che, per gli individui normali che sono relativamente omogenei, il modello di movimenti presi come “normali” o attesi può presentare una gamma relativamente ampia in studi di questo tipo. Pertanto, questo suggerisce cautela nell’analizzare il modello di movimento di queste articolazioni e rafforza la necessità di attrezzature e procedure più accurate.
In letteratura è stata descritta anche una maggiore variabilità inter-individuale che intra-individuale nei movimenti di dorsiflessione e flessione plantare11,15. Questo suggerisce che l’andatura di un singolo individuo presenta un modello regolare di movimenti, con poche variazioni tra i cicli quando la velocità è costante, ma che gli individui differiscono gli uni dagli altri. Questi risultati hanno chiare implicazioni cliniche e dovrebbero essere presi in considerazione nell’analisi clinica dell’andatura.
CONCLUSIONE
Le grandi variazioni tra i risultati ottenuti da diversi autori suggeriscono la necessità di una maggiore standardizzazione delle procedure di misurazione, soprattutto per quanto riguarda la determinazione della posizione neutra dell’articolazione della caviglia.
Nel piano sagittale, i valori identificati erano relativamente simili a quelli trovati in altri studi che utilizzavano sistemi di analisi del movimento video o elettrogoniometri potenziometrici. D’altra parte, nel piano frontale, nel presente studio sono stati identificati valori di inversione più alti.
È stata identificata una variabilità intra-individuale relativamente bassa. Tuttavia, la maggiore variabilità interindividuale trovata suggerisce che il modello di movimento della caviglia può variare notevolmente, anche tra individui antropometricamente simili.
Riconoscimenti: 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 recommendation on definitions of joint coordinate system of various joints for the reporting of human joint motion. J Biomech. 2002;35:543-8.
3. Tiberio D. Valutazione della dorsiflessione funzionale della caviglia utilizzando la posizione neutra subtalare: un rapporto clinico. Phys Ther. 1987;67: 955-7.
4. Tesio L, Monzani M, Gatti R, Franghignoni F. Elettrogoniometri flessibili: vantaggi kinesiologici rispetto ai goniometri potenziometrici. Clin Biomech. 1995;10:275-7.
5. Rowe PJ, Myles CM, Hillmann SJ, Hazlewood ME. Convalida dell’elettrogoniometria flessibile come misura della cinematica articolare. Fisioterapia. 2001;87:479-88.
6. Ball P, Johnson GR. Affidabilità della goniometria del retropiede quando si usa un elettrogoniometro flessibile. Clin Biomech. 1993;8:13-9.
7. Ball P, Johnson GR. Tecnica per la misurazione dell’inversione ed eversione del retropiede e il suo uso per studiare una popolazione normale. Clin Biomech. 1996;8:165-9.
8. Shiratsu A, Coury HJCG. Affidabilità e precisione di diversi sensori di un elettrogoniometro flessibile. Clin Biomech. 2003;18:682-4.
9. Inverno DA. Modelli cinematici e cinetici nell’andatura umana: variabilità ed effetti di compensazione. Hum Mov Sci. 1984;3: 51-76.
12. Moseley L, Smith R, Hunt A, Gant R. Cinematica tridimensionale del retropiede durante la fase di stance del cammino in giovani maschi adulti normali. Clin Biomech. 1996;11:39-45.
15. Leardini A, Benedetti MG, Catani F, Simoncini L, Giannini S. Un protocollo anatomicamente basato per la descrizione della cinematica dei segmenti del piede durante il cammino. Clin Biomech. 1999;14:528-36.
16. Nymark JR, Balmer SJ, Melis EH, Lemaire ED, Millar S. Differenze elettromiografiche e cinematiche dell’andatura non disabile a velocità di camminata estremamente lenta overgroung e treadmill. J Rehab Res Dev. 2005;42:523-34.
17. Hansson G-Å, Balogh I, Ohlsson K, Skerfving S. Misurazione delle posizioni e dei movimenti del polso e dell’avambraccio: effetto e compensazione della diafonia del goniometro. J Electromyogr Kinesiol. 2004;14:355-67.
18. Zografos S, Chaminade B, Hobatho MC, Utheza G. Studio sperimentale dell’asse articolare subtalare indagine preliminare. Surg Radiol Anat. 2000;22:271-6.
20. Associazione Medica Americana. Range of motion assessment – la guida pratica alla valutazione del range di movimento. Chicago: American Medical Association; 2002.
21. Nester CJ, van der Linden ML, Bowker P. Effetto delle ortesi del piede sulla cinematica e cinetica dell’andatura normale. Gait Posture 2003; 17: 180-7.
22. Kaufman KR, Chambers HG, Sutherland DH. Variabilità delle misure di distanza temporale in studi di andatura patologica. Postura dell’andatura. 1996;4:167-208.