VETENSKAPLIGA ARTIKEL
Ankelrörelser under normal gång utvärderade med flexibel elektrogoniometer
Movementos 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: Att utvärdera fotledens rörelser hos friska personer som går på ett löpband med hjälp av en flexibel elektrogoniometer.
METOD: Dorsalflexion och plantarflexion samt eversion/inversion rörelser registrerades under 90 sekunder vid en hastighet på 5,0 km/h. Tio friska unga män med en medelålder på 21,4 ± 2,99 år och en medelhöjd på 1,62 ± 0,22 meter deltog i studien. Uppgifterna analyserades deskriptivt (medelvärde, standardavvikelse, maximum och minimum). I sagittalplanet analyserades gångcykeln vid tre tillfällen, med utgångspunkt i rörelsetopparna: fot platt (FF), mittställning (M) och tå av (TO). Inversions- och eversionsvinklarna som motsvarar dessa faser identifierades, liksom rörelsetopparna under gångcyklerna. Variabilitetskoefficienter (CV) mellan och inom försökspersoner beräknades.
RESULTAT: Medelvärdena för sagittalplanet, för vänster och höger fotled var respektive: 7º och 4º vid FF, 2º och 7º vid M och 24º och 19º vid TO. För frontalplanet var resultaten en inversion på 5º och 3º vid FF, 4º och 5º vid M och 15º och 16º vid TO. Toppvärdena var en inversion på 17º och 18º och en eversion på 1º. Det maximala CV inom ett objekt var 0,39 och det maximala CV mellan olika objekt var 0,44.
KONKLUSION: De resultat som erhölls från elektrogoniometern var relativt likartade med data som rapporterats i litteraturen för sagittalplanet, men inte för frontalplanet. Skillnaderna mellan studier som mäter fotledens rörelser tyder på att det finns ett behov av att standardisera registreringsmetoderna.
Nyckelord: gång, fotled, kinematik, elektrogoniometer.
RESUMÉ
ÅBUDSMÅL: Att utvärdera fotledens rörelser hos friska individer under gång på löpband med hjälp av flexibel elektrogoniometri.
METODER: Rörelserna för plantar dorsalflexion/flexion och inversion/eversion registrerades under 90 sekunder i en hastighet av 5,0 km/h. Tio friska unga män med en medelålder på 21,4 ± 2,99 år och en längd på 1,62 ± 0,22 meter deltog i studien. Uppgifterna analyserades deskriptivt (medelvärde, standardavvikelse, minimi- och maximivärden). I sagittalplanet analyserades gångcykeln i tre moment, med hänsyn till rörelsetopparna: plattfot (PP), medelhögt stöd (MA) och tåuttag (RD). Inversions-/eversionsvinklarna som motsvarar dessa faser identifierades, liksom rörelsetopparna under gångcyklerna. Variationskoefficienten (CV) mellan och inom försökspersoner beräknades.
RESULTAT: Medelvärdena i sagittalplanet för vänster och höger fotled var: 7º och 4º i PP, 2º och 7º i MA, 24º och 19º i RD. I frontalplanet var resultaten: 5:e och 3:e inversionen i PP, 4:e och 5:e inversionen i MA, 15:e och 16:e inversionen i RD, toppvärdena var 17:e och 18:e inversionen och 1:a eversionen. Det maximala CV inom ett objekt var 0,39 och CV mellan objekt var 0,44.
SLUTSATS: De resultat som erhållits med hjälp av elektrogoniometern är relativt lika de uppgifter som rapporterats i litteraturen för sagittalplanet, men inte för frontalplanet. Skillnaderna mellan studier som utvärderar fotledens rörelser tyder på att det finns ett behov av att standardisera registreringsmetoderna.
Nyckelord: gång, fotled, kinematik, elektrogoniometer.
INLEDNING
Termen ”fotledskomplex” avser den struktur som består av fotled och subtalarleder1. Fotledens rörelser är viktiga för en normal samordnad gång och en jämn sinusformad svängning av tyngdpunkten2. Subtalarleden är ansvarig för den största delen av fotens inversion/eversion. Den gör det möjligt för foten att anpassa sig till oregelbunden terräng, ger stötdämpning och fungerar också som ett styvt segment för framdrivning av kroppen under gångens tåavsättningsfas3.
Mätningar av människans funktionella rörelser gör det möjligt att karakterisera rörelsemönster för specifika populationer och identifiera ”normala eller förväntade” mönster. Dessa uppgifter är viktiga för att identifiera onormala mönster och karakterisera funktionsnedsättningar, funktionshinder och handikapp. Genom att beskriva medelvärdena och den förväntade variationen för normala personer är det möjligt att fastställa riktlinjer för att fatta kliniska beslut och fastställa behandlingsprogrammens effektivitet.
För att utvärdera dynamiska aktiviteter, t.ex. gång, bör inspelningar av vinkelrörelser vara kontinuerliga och erhållas med exakt utrustning. Tredimensionella optoelektroniska system, fluoroskopi, accelerometrar/gyroskop, elektromagnetiska och ultraljudsspårningssystem, potentiometriska elektrogoniometrar och kraftplattformar har använts för att utvärdera gång. Även om optoelektroniska system har ansetts vara exakta, anses deras kalibreringsförfaranden och dataanalys också vara tidskrävande. Å andra sidan verkar precisionen hos potentiometriska elektrogoniometrar vara nedsatt på grund av deras oförmåga att följa de förändringar av ledrotationsaxeln som sker under rörelser.
Flexibla elektrogoniometrar har också använts för funktionsbedömning av olika leder, t.ex. handled, knä och ländrygg. Deras fördelar är att de är lätta, bärbara och lättanvända, att de inte stör de aktiviteter som utförs, att de inte begränsar rörelserna och att de anpassar sig väl till kroppssegmenten4,5. Dessutom har sådan utrustning hög reproducerbarhet när den används tillsammans med ett lämpligt mätprotokoll, med standardisering av försökspersonens och sensorernas position6,7. Enligt Shiratsu och Coury8 kan dessa elektrogoniometrar anses vara exakta, med ett fel på mindre än 5º för stora rörelser och ett minimalt fel vid rörelser mellan 0º och 10º. Även om denna utrustning har använts vid passiva mätningar av fotledskomplexet6,7 har inga studier om dynamisk och funktionell registrering av fotledens rörelser hittats i den relevanta litteraturen. Det finns därför ett behov av en databas med gånginspelningar från friska försökspersoner för användning i kliniska miljöer och forskning.
Syftet med denna studie var därför att utvärdera rörelserna för dorsalflexion och plantarflexion samt inversion/eversion av fotledskomplexet hos friska unga individer som går på ett löpband i en kontrollerad hastighet (5,0 km/h), med hjälp av en flexibel biaxial elektrogoniometer.
METODER
Subjekt
Tio friska manliga individer med en medelålder på 21,4 ± 2,99 år, en medelvikt på 64,7 ± 5,37 kilo och en medelhöjd på 1,62 ± 0,22 meter deltog i denna studie. Data från endast sju försökspersoner analyserades dock fullständigt, eftersom data från tre högra ben uppvisade tekniska problem under dataanalysen. Ingen av personerna hade presenterat några rapporter om smärta i knän, fotleder eller subtalarleder under det senaste året. De hade ingen historia av benskador eller jämviktsstörningar, inga verkliga eller uppenbara avvikelser i benlängd och inga posturala förändringar i knä eller fot. För att få detta homogena urval genomgick en mycket större grupp individer (N= 70) en screeningprocess.
De utvalda individerna informerades om studiens mål och undertecknade ett formulär där de gav sitt informerade samtycke till förfarandena. Projektet hade godkänts av den forskningsetiska kommittén vid det federala universitetet i São Carlos (protokollnummer 035/04).
Material och utrustning
En specifik elektrogoniometersensor för fotled (modell SG110/A, datalogger DL1001, programvaruversion 3.2; Biometrics, Gwent, UK), ett ergometriskt löpband och en digital kronometer användes.
Förfaranden
För datainsamlingen rakades och rengjordes en lateral del av benet nära fotleden. Teleskopiska och fasta elektrogoniometerändblock fästes vid fotleden enligt figur 1. Den fasta ändblocket placerades parallellt med fotens huvudaxel, under den laterala malleolus, och det teleskopiska ändblocket var i linje med benets huvudaxel.
Med sensorn monterad kalibrerades dataloggern (datainsamlingsenheten) med försökspersonerna i ett neutralt läge: stående i en avslappnad hållning, med kroppsvikten fördelad jämnt mellan de två fötterna, i stationär jämvikt. Dorsalflexion och inversion antogs vara positiva och samplingsfrekvensen var 1000 Hz. Efter en tvåminuters bekantskapsperiod registrerades 90 sekunders data på löpbandet med en hastighet av 5,0 km/h.
Under pilotstudier hade det observerats att elektrogoniometerns fjäder var utspänd i frontalplanet på grund av närvaron av den laterala malleolus under fotledens rörelser. Därför utfördes ett test med hjälp av en mätanordning för att kontrollera om fjäderns utspänning skulle störa registreringarna (figur 2). En gjutform bestående av en gipstäckt skena konstruerades för att reproducera malleolus. Denna placerades i mätanordningen som utförde rena plantarflexions- och dorsalflexionsrörelser.
Detta test visade att medelvärdena för rörelser i frontalplanet som registrerades när man utförde rena dorsalflexions- och plantarflexionsrörelser låg nära noll (medelfel på 0,3º), och det maximala fel som hittades var 1,5º. Dessa resultat visade att den laterala malleolus inte tycktes förändra elektrogoniometerregistreringarna av inversion/eversion.
Dataanalys
I sagittalplanet analyserades varje cykel med hjälp av tre toppar: fot platt (FF), midstance (M) och toe off (TO). Motsvarande inversions-/eversionsvinklar för dessa faser identifierades. Inversions- och eversionstopparna bedömdes också. Kurvorna och de analyserade topparna visas i figur 3. Medelvärden, standardavvikelse (SD) samt maximala och minimala toppar som individerna uppnådde under gång beräknades.
En pilotstudie genomfördes med samma förfarande som beskrivits ovan, med hjälp av fotomkopplingar vid hälen och vid andra metatarsalhuvudet, för att bestämma hälstötning (HS) och tåavslag (TO), efterföljande gånghändelser och gångcykeln. Jämförelse av topparna i sagittal- och frontalplanet, med och utan fotbyten, visade inte på någon skillnad.
Den variationskoefficient (CV) som beskrivs av Winter9 beräknades också för att mäta variabiliteten för en enskild individ (mellan steg) och mellan olika individer. Denna erhölls genom att tillämpa följande formel:
där N = antal punkter på kurvan
si = standardavvikelse vid varje ögonblick i
Mi = medelvärde vid varje ögonblick i
RESULTAT
De vinklar som erhållits från olika faser av gångcykeln för sagittal- och frontalplanet, för en typisk försöksperson, presenteras i Figur 4.
Tabell 1 visar medelvärden, standardavvikelser samt maximi- och minimivärden som registrerats för sagittal- och frontalplanet, för höger och vänster sida. I sagittalplanet presenteras värdena för varje topp under gångcykeln och för rörelseomfånget (ROM) mellan två på varandra följande gånghändelser (FF till M och M till TO). I frontalplanet presenteras motsvarande inversions- och eversionsrörelser vid dessa gånghändelser och de maximala och minimala värdena under gångcykeln.
Den skillnad som fanns mellan vänster och höger sida i sagittalplanet varierade från 3º till 5º; genom att jämföra amplituder minskade skillnaden till 1,5º och 0,5º. I frontalplanet var foten inverterad under nästan hela gångcykeln och medelvärdet för inversion var mycket större än för eversion.
Variabiliteten inom subjektet var mindre än variabiliteten mellan subjekten för de rörelser som förekommer i båda plan för nästan alla försökspersoner. Endast en försöksperson uppvisade en intra-subjekt-CV som var högre än inter-subjekt-CV:n (se tabell 2). Intra-subjekt-CV:n var mindre för det frontala än för det sagittala planet, medan inter-subjekt-CV:n var likartad för de två planen.
DISKUSSION
Resultaten gav vinkelparametrar för gång hos friska unga män på ett löpband med en hastighet på 5,0 km/h, med hjälp av en flexibel elektrogoniometer. Eftersom inga andra studier som använder en flexibel elektrogoniometer under gång identifierades i den tillgängliga litteraturen, kan dessa resultat vara till hjälp för liknande ämnen, som en databas på en frisk population.
Flexibla elektrogoniometrar är bärbara, vilket innebär att de kan användas i trånga utrymmen i kliniska och yrkesmässiga miljöer. De är också lätta att använda och uppvisar hög reproducerbarhet och noggrannhet4-8. Dessa egenskaper möjliggör noggranna kliniska utvärderingar och tillgodoser därmed det behov som bristen på sådana källor innebär, med tanke på att gångutvärdering inom fysioterapi vanligtvis utförs genom visuell uppskattning, som har låg reproducerbarhet och noggrannhet i kliniska miljöer. En annan fördel är möjligheten att analysera en stor mängd data, bilateralt, vilket inte är lätt att utföra med de flesta av de exakta utrustningar som finns tillgängliga.
För att underlätta jämförelser mellan de nuvarande resultaten och andra studier som redan publicerats presenteras tabell 3. Variationen mellan resultaten från de rapporterade studierna tyder på att det saknas standardiserade förfaranden för att utvärdera dessa leder.
De värden som hittades i sagittalplanet låg nära de intervall som rapporterats i litteraturen. Det var endast i förhållande till M-toppen som detta inte förekom. Det sistnämnda resultatet kan förklaras av datainsamlingsförfarandena, särskilt av gångregistreringarna på löpband. Enligt Nymark et al.16 är dorsalflexionen reducerad vid M när man jämför gång på marken med gång på löpband. Dessa författare fann en fotledens rörelseomfång på 30,9º ± 5,7º vid naturlig hastighet på löpband, vilket låg nära värdet för höger fotled i den aktuella studien. När det gäller rörelser i frontalplanet skilde sig däremot de resultat som rapporterats i litteraturen från de resultat som erhållits i den aktuella studien. Medelvärdena för inversion nådde 19º i den aktuella studien, medan andra rapporter beskriver lägre värden (högst 9,1º). I allmänhet var det tvärtom när det gällde eversioner i den aktuella studien.
Mätnings- eller överhörningsfel måste alltid beaktas när olika mätningar identifieras. Dessutom är det viktigt att fastställa de exakta plan kring vilka rörelsen äger rum för att undvika överhörning från elektrogoniometern17. En annan möjlig felkälla kan vara närvaron av malleolus under fjädern. Den pilotstudie som utfördes på prototypen visade dock att elektromätarfjäderns glidning över malleolus inte störde mätningarna av fotledens inversion och eversion under testerna.
Det är en fråga om en viss kontrovers att bestämma var den axel kring vilken de subtalära inversions- och eversionsrörelserna äger rum. Placeringen av denna axel verkar variera mycket mellan olika individer. Enligt vissa författare har denna axel en fast sned orientering (42º i förhållande till fotens horisontella riktning och 23º i medial riktning)2. Enligt andra författare har subtalarleden flera momentana rörelseaxlar, snarare än en enda fast axel18,19 , och det har till och med accepterats att det finns så många som 12 axlar20. För närvarande finns det ingen utrustning som kan hantera denna komplexitet. Utrustning med större känslighet för att följa de olika momentana axlarna måste utvecklas och fler studier bör genomföras för att förfina de tillgängliga uppgifterna.
Identifiering av fotledens neutrala läge är en annan viktig fråga för standardisering av förfarandena för gångmätning6,12. Ball och Johnson6 använde en metod med manuell palpation för att identifiera det neutrala läget för den subtalära leden. Enligt Moseley et al.12 bör denna position identifieras när försökspersonerna sitter och inte bär någon kroppsvikt. I den aktuella studien fastställdes den neutrala ställningen när individen stod avslappnat med vikten jämnt stödd av de två benen. Samma förfarande beskrevs av Nester et al.21. Detta förfarande valdes för att säkerställa reproducerbarhet mellan individer och för att det låg närmare den funktionella situation som mättes än de andra beskrivna förfarandena.
I den aktuella studien analyserades cirka 80 gångcykler från varje individ. Kaufman et al.22 uppgav att minst 22 cykler behövs för att få exakta data. Därför kan antalet analyserade cykler anses vara representativt för varje individs rörelsemönster.
Med avseende på variabiliteten inom och mellan försökspersoner var variabiliteten inom försökspersoner mellan cykler mindre än variabiliteten mellan olika individer. Detta inträffade trots att de analyserade ämnena var antropometriskt likartade. Dessutom kontrollerades denna variabel systematiskt i den aktuella studien. Detta tyder på att för normala individer som är relativt homogena kan det rörelsemönster som tas som ”normalt” eller förväntat uppvisa en relativt stor variation i studier av denna typ. Detta tyder därför på försiktighet när man analyserar rörelsemönstret i dessa leder och förstärker behovet av noggrannare utrustning och förfaranden.
En större interindividuell än intraindividuell variabilitet i dorsalflexions- och plantarflexionsrörelser har också beskrivits i litteraturen11,15. Detta tyder på att en enskild individs gång uppvisar ett regelbundet rörelsemönster, med liten variation mellan cyklerna när hastigheten är konstant, men att individer skiljer sig från varandra. Dessa resultat har tydliga kliniska implikationer och bör beaktas vid klinisk gånganalys.
KONKLUSION
De stora variationerna mellan de resultat som olika författare erhållit tyder på att det finns ett behov av större standardisering av mätförfaranden, särskilt när det gäller att bestämma fotledens neutralläge.
I sagittalplanet var de identifierade värdena relativt lika de som hittades i andra studier som använde video rörelseanalyssystem eller potentiometriska elektrogoniometrar. I frontalplanet identifierades däremot högre inversionsvärden i den aktuella studien.
Relativt låg intraindividuell variabilitet identifierades. Den högre interindividuella variabilitet som konstaterades tyder dock på att fotledens rörelsemönster kan variera mycket, även bland antropometriskt likartade individer.
Acknowledgements: 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-rekommendation om definitioner av gemensamma koordinatsystem för olika leder för rapportering av mänsklig ledrörelse. J Biomech. 2002;35:543-8.
3. Tiberio D. Utvärdering av funktionell fotledsdorsflexion med hjälp av subtalar neutral position: en klinisk rapport. Phys Ther. 1987;67: 955-7.
4. Tesio L, Monzani M, Gatti R, Franghignoni F. Flexibla elektro-goniometrar: kinesiologiska fördelar jämfört med potentiometriska goniometrar. Clin Biomech. 1995;10:275-7.
5. Rowe PJ, Myles CM, Hillmann SJ, Hazlewood ME. Validering av flexibel elektrogoniometri som ett mått på ledkinematik. Fysioterapi. 2001;87:479-88.
6. Ball P, Johnson GR. Tillförlitlighet för goniometri av bakfoten vid användning av en flexibel elektrogoniometer. Clin Biomech. 1993;8:13-9.
7. Ball P, Johnson GR. Teknik för mätning av bakfotens inversion och eversion och dess användning för att studera en normalpopulation. Clin Biomech. 1996;8:165-9.
8. Shiratsu A, Coury HJCG. Tillförlitlighet och noggrannhet hos olika sensorer i en flexibel elektrogoniometer. Clin Biomech. 2003;18:682-4.
9. Winter DA. Kinematiska och kinetiska mönster i mänsklig gång: variabilitet och kompenserande effekter. Hum Mov Sci. 1984;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. Experimentell studie av subtalarledens axel preliminär undersökning. Surg Radiol Anat. 2000;22:271-6.
20. American Medical Association. Bedömning av rörelseomfång – den praktiska guiden för bedömning av rörelseomfång. Chicago: American Medical Association; 2002.
21. Nester CJ, van der Linden ML, Bowker P. Effekten av fotortoser på kinematik och kinetik vid normal gång. Gait Posture 2003; 17: 180-7.
22. Kaufman KR, Chambers HG, Sutherland DH. Variabilitet i tidsmässiga avståndsmätningar i patologiska gångstudier. Gait Posture. 1996;4:167-208.