Dołącz do czytelników
Brak wyników

Z praktyki gabinetu

18 stycznia 2019

NR 101 (Styczeń 2019)

Analiza wartości podstawowych parametrów kinematycznych opisujących chód kobiety po płaskim podłożu

500

Chód jest najbardziej spektakularną formą lokomocji człowieka. Z punktu widzenia realizacji jest to najbardziej skomplikowane zadanie ruchowe, ponieważ uczymy się go w najwcześniejszych okresach naszego życia. Jednakże raz wyuczony staje się czynnością w pełni automatyczną, którą wykonujemy w zasadzie bez naszej świadomości.

Podstawowym elementem składowym chodu jest krok. Długością kroku nazywamy odległość, która oddziela dwa punkty podporu na tej samej nodze. Mierzy się ją od pięty do pięty tej samej nogi. Mamy więc prawy i lewy krok. Stopy ustawiają się względem kierunku chodu pod kątem ok. 15° obrotu na zewnątrz. Kąt ten nazywa się kątem kroku. Rozstęp między piętami stóp nazywa się szerokością kroku. Szerokość podaje się zwykle w centymetrach. Wynosi ona w chodzie ze średnią szybkością ok. 6 cm po każdej stronie linii chodu. Natomiast rozstęp między piętami wynosi ok. 12 cm [7].

Wyznaczniki chodu

Wielu autorów analizujących ruchy poszczególnych części ciała podczas chodu odbywającego się po gładkiej, równej powierzchni wymienia sześć tzw. wyznaczników (determinantów) chodu. Są to:

  • skręt miednicy w płaszczyźnie poprzecznej,
  • pochylenie miednicy w płaszczyźnie czołowej,
  • zgięcie w kolanie w fazie podporu,
  • ruchy stopy i stawu skokowo-goleniowego,
  • ruch kolana,
  • ruchy boczne miednicy.

Chód patologiczny – przyczyny i rodzaje

Osoby niemające zaburzeń chodu poruszają się swobodnie, ich ruchy są prawie automatyczne i praktycznie odbywają się bez udziału świadomości. W takiej sytuacji ciężar ciała przenosi się na przemian z jednej nogi na drugą, co pozwala kończynie wolnej od utrzymywania ciężaru posuwać się naprzód pewnie i łatwo. Podczas tego ruchu miednica jest ustabilizowana, a jej ruchy w trzech płaszczyznach są minimalne. Równocześnie przeciwległa kończyna górna porusza się do przodu; mówimy, że kończyna górna balansuje. Ruch ten jest nieznaczny w stawie ramiennym, a coraz obszerniejszy w stawach dalszych. Pozycja tułowia może wykazywać wahania osobnicze, ale na ogół jest mniej lub bardziej wyprostowana.
Niewłaściwy stan jednej z wymienionych determinant chodu powoduje jego patologiczny obraz. Takie zaburzenia mogą być wynikiem różnych chorób lub urazów. Jak wiadomo, lokomocja standardowa (chód fizjologiczny) człowieka jest procesem okresowym, natomiast w lokomocji patologicznej występują zaburzenia w koordynacji ruchu poszczególnych segmentów ciała, co w konsekwencji prowadzi do zaburzeń okresowości lokomocji [7].
W zależności od czynnika wywołującego nieprawidłowości chodu oraz jego obrazu klinicznego wyróżniamy następujące modele chodu patologicznego:

  • połowiczo-niedowładny,
  • niedowładny kończyn dolnych wiotki,
  • niedowładny kończyn dolnych kurczowy,
  • nożycowy,
  • paretyczno-ataktyczny,
  • brodzący,
  • kaczkowaty,
  • drobnymi krokami,
  • móżdżkowy,
  • chwiejny,
  • tylnosznurowy,
  • utykający,
  • histeryczny.

Badania działania stawu kolanowego

Głównym celem przeprowadzonych badań było porównanie działania stawu kolanowego podczas chodu fizjologicznego i chodu patologicznego. Do badań wybrano chód patologiczny związany z usztywnieniem jednego stawu kolanowego. Porównanie dotyczy dwóch aspektów działania stawu kolanowego kończyny zdrowej: przebiegu zmian kątowych i charakterystyki czasowej ruchu. W pierwszym przypadku analiza będzie dotyczyć wybranych charakterystycznych położeń uda i podudzia, w drugim – czasu wydzielonych faz w ruchu obrotowym stawu kolanowego. 

Przebieg badań
Do badań wybrano młodą kobietę (22 lata), która najpierw poruszała się chodem fizjologicznym, a po zakończeniu serii chodów z różnymi prędkościami (4, 6 i 8 km/h) i po odpowiednim odpoczynku poruszała się już chodem patologicznym z usztywnionym stawem kolanowym (z takimi samymi prędkościami jak poprzednio). Usztywniano staw kolanowy prawy. W okolicy lewego stawu kolanowego zamontowano urządzenie zwane elektrogoniografem. 

1. Elektrogoniograf – w środku widać potencjometr i odchodzące od niego przewody

Podstawową częścią elektrogoniografu jest potencjometr drutowy (ma on charakterystykę liniową). Do potencjometru są zamontowane dwa ramiona wykonane z pasków aluminiowych. Były one mocowane taśmami klejącymi do uda i podudzia badanej (z boku). Elektrogoniograf był umieszczany tak, by jego oś obrotu była zgodna z osią obrotu stawu kolanowego (położenie ustala się eksperymentalnie). 
W linii pomiarowej oprócz elektrogoniografu znajdował się komputer, który służył jako rejestrator zmian kątowych w stawie. Po umocowaniu elektrogoniometru na nodze badanej rejestrowano wartość kąta w pozycji stojącej. Tę wartość, charakterystyczną dla stania swobodnego, przyjmowano za zero, co pozwalało później na uzyskanie skali osi rzędnych (y) i odczytywanie wartości kątów w dowolnych, wybranych fragmentach zapisu. Skalę czasu na osi odciętych (x) ustalano tak, by na jednym ekranie monitora można było zmieścić przynajmniej cztery pełne cykle chodu (ok. 5 s).
Badano trzy wybrane prędkości chodu:

  • chód wolny z prędkością 4 km/h,
  • chód szybki z prędkością 6 km/h,
  • chód bardzo szybki – 8 km/h.

Po zakończeniu chodu fizjologicznego (bez usztywniania kolana) realizowano drugi wariant ruchu – z usztywnionym stawem i identycznymi wartościami prędkości.

Wyniki
Z przeprowadzonych badań wynika, że w trakcie jednego cyklu ruchowego staw kolanowy jest dwukrotnie zginany i dwukrotnie prostowany. Jeden cykl jest liczony od postawienia pięty stopy nogi wykrocznej na podłożu do ponownego postawienia tej samej stopy. Jak widać, jeden cykl zawiera dwa kroki. Na zapisach otrzymanych z komputera zaznaczono dużymi literami charakterystyczne punkty przegięcia krzywej obrazującej ruch w stawie kolanowym. Punkty te oznaczają:

  • A – moment postawienia stopy nogi wykrocznej na podłożu,
  • B – zakończenie fazy amortyzacji związane z pierwszym zginaniem stawu,
  • C – pełny wyprost stawu w momencie przejęcia ciężaru ciała przez nogę podporową,
  • D – maksymalne zgięcie stawu w całym cyklu ruchowym, które ma miejsce, gdy przenoszona w powietrzu stopa mija stopę nogi podporowej,
  • A’ – moment ponownego postawienia stopy na podłożu, tzw. kontakt inicjalny.

Po oznakowaniu omówionych punktów na wykresie można było przeprowadzić obliczenia dwojakiego rodzaju:

  • Obliczenia wartości kątów w punktach A, B, C i D (w punkcie A’ kąt był zazwyczaj identyczny jak w punkcie A). Obliczenia te wykonano dzięki wyskalowanej osi rzędnych, wielkości kątów wyrażano w stopniach kątowych [deg]. Zawsze analizowano cztery kolejne cykle chodu. Mierzono więc cztery kolejne kąty w punktach A, A’, A’’ itd., cztery kąty B, cztery kąty C i cztery kąty D. W tabelach zamieszczono wartości tych kątów, a także uśrednione wartości dla czterech cykli chodu.
  • Obliczenia czasów wyodrębnionych faz ruchu stawu kolanowego. Czasy tych faz obliczano przy uwzględnieniu skali osi odciętych (x). Wyodrębniono następujące fazy:
    • A–B – fazę amortyzacji; w tej fazie staw kolanowy zgina się o niewielki kąt;
    • B–C – fazę pierwszego prostowania stawu; w tej fazie kolano prostuje się, a kończyna przyjmuje ciężar całego ciała, ponieważ noga przeciwna odrywa się od podłoża;
    • C–D – faza drugiego, „dużego” zgięcia stawu kolanowego; w tej fazie kolano zgina się nieustannie zarówno podczas odbicia, jak i podczas przenoszenia nogi zakrocznej do nogi wykrocznej, faza kończy się w momencie maksymalnego zgięcia stawu;
    • D–A’ – faza drugiego prostowania stawu; w tej fazie kończyna przenoszona nad podłożem wykonuje tzw. wahadło przednie kończące się postawieniem stopy na podłożu.

Podobnie jak w przypadku wartości kątowych analizowano zawsze cztery kolejne cykle, a w nich fazy A–B, B–C itd. W tabeli zamieszczono zarówno czasy mierzonych faz, jak i średnie obliczone dla czterech cykli.
Zadaniem analizy działania stawu kolanowego podczas chodu fizjologicznego i chodu patologicznego jest analiza charakterystycznych położeń uda i podudzia oraz czasy wydzielonych faz w ruchu stawu kolanowego.
Podstawową formą lokomocji człowieka jest chód. Z punktu widzenia realizacji tego procesu jest on najbardziej skomplikowanym zadaniem ruchowym. Wyuczony jest czynnością wykonywaną bez naszej świadomości, w pełni automatyczną.
Chód dwunożny jest ruchem, w którym cyklicznie gubi się i odzyskuje równowagę [7].
Fizjologiczny chód jest uzależniony od prawidłowych zakresów ruchu w stawach, siły mięśni i koordynacji nerwowo-mięśniowej (Radwańska 1998) (15). Patologiczny chód powoduje niewłaściwy stan jednego z wyżej wymienionych czynników. Zaburzenia te mogą być wynikiem urazów lub chorób.
Przeprowadzone badania (ruch fizjologiczny i patologiczny) obejmowały czas trwania kolejnych faz cyklu ruchu stawu kolanowego oraz zmiany kąta w stawie kolanowym. Badania przeprowadzono dla trzech szybkości ruchu: 4, 6, 8 km/h. W badaniach uczestniczyła jedna zdrowa osoba, chód patologiczny uzyskano poprzez usztywnienie stawu kolanowego jednej nogi.
Na podstawie przeprowadzonych badań można ocenić różnicę w czasach trwania cyklu ruchu stawu kolanowego oraz zmianę kąta w stawie kolanowym. W przypadku badania kąta w stawie kolanowym przy prędkościach 4 i 6 km/h jest on wyraźnie większy dla ruchu patologicznego w momencie postawienia stopy na podłożu (oznaczenie na rys. A–B) oraz w fazie pierwszego wyprostu kolana (B–C). W czasie ugięcia stawu kolanowego (C–D) oraz w fazie prostowania stawu kolanowego – wymach przedni (D–A) jest on porównywalny lub nieznacznie mniejszy. W badaniu przy prędkości 8 km/h wszystkie kąty są porównywalne, różnice są tu niewielkie.

Chód fizjologiczny

  1. W przypadku badania czasów poszczególnych faz ruchu stawu kolanowego największe różnice zaobserwowano w ruchu z prędkością 4 km/h. We wszystkich fazach w ruchu fizjologicznym czasy te były dłuższe. W ruchu z prędkością 6 km/h w fazie A–B czas jest porównywany i wynosi ok. 3,5 s. W fazie B–C jest on wyraźnie krótszy w ruchu fizjologicznym. W fazach C–D i D–A proporcje te zostają zmienione, w ruchu patologicznym czasy są krótsze. Przy prędkości ruchu 8 km/h różnice w cyklach czasu są minimalnie zróżnicowane.
    W narządzie ruchu dysfunkcja kończyn dolnych w chodzie wyzwala pewne sposoby kompensacyjnego wyrównywania zaburzeń, które w mniejszym lub większym stopniu prowadzą do przeciążenia pewnych elementów narządów ruchu. Zaburzenie funkcjonowania tylko jednego elementu, jakim jest w tym przypadku staw kolanowy (ruch patologiczny), jest także czynnikiem wpływającym na zmianę prawidłowego modelu chodu.
  • Na wykresie 1 można porównać wszystkie badane kąty. Widać, że kąty A i C mają podobne wartości, zbliżone do kąta 0.
Tabela 1. Zmiany kątowe w stawie kolanowym w czterech kolejnych cyklach podczas chodu fizjologicznego z prędkością 4 km/h [deg]
Cykl A B C D
I -4,4 -14,3 1,1 -68,2
II +1,1 -15,4 -2,2 -66,0
III -4,4 -13,2 0,0 -66,0
IV +1,1 -14,3 -2,2 -66,0
Średnio -1,65 -14,3 -0,8 -66,5

A – kąt w stawie w momencie postawienia stopy na podłożu, B – kąt ugięcia stawu w fazie amortyzacji, C – kąt w momencie wyprostu kolana kończyny podporowej, D – kąt największego zgięcia stawu kolanowego na granicy zamachu tylnego i przedniego liczby ujemne oznaczają zgięcie stawu, liczby dodatnie przeprost (identyczne symbole i oznaczenia dotyczą wszystkich wykresów i tabel)

Wykres 1. Średnie wartości kątów A, B, C i D podczas chodu fizjologicznego z prędkością 4 km/h

 

  1. Podczas chodu z prędkością 4 km/h czas pierwszej fazy – fazy amortyzacji (A–B) – wynosi średnio 0,13 s. Widać jednak, że faza ta nie jest stabilna, a czasy oscylują od 0,09 s do 0,18 s. Jest to jednak najkrótsza ze wszystkich wyodrębnionych faz. Druga faza (B–C), w której dochodzi do prostowania stawu kolanowego (noga przejmuje na siebie ciężar ciała) trwa znacznie dłużej, bo przeciętnie aż 0,33 s. Jak widać, faza ta jest ponaddwukrotnie dłuższa od fazy amortyzacji (A–B). Na schemacie 2, gdzie wszystkie fazy są wyobrażone w formie diagramów słupkowych, widać, że najdłużej trwa trzecia faza (C–D). Średni czas tej fazy wynosi 0,37 s. Zarówno faza druga (B–C), jak i faza trzecia (CD), są bardziej stabilne w porównaniu z fazą amortyzacji. Ostatnia z badanych faz odpowiada tzw. zamachowi przedniemu. W tej fazie staw kolanowy jest stale prostowany, a noga wysuwa się do przodu, by w końcu nawiązać kontakt z podłożem. W poszczególnych cyklach chodu powtarzają się tylko dwie wartości: 0,27 s i 0,30 s. Średnio faza trwa 0,28 s.
  • Na wykresie 2 widać, że najkrótszą fazą jest czas amortyzacji (A–B), a najdłuższą jest faza ugięcia stawu kolanowego (C–D).
Tabela 2. Czas realizacji wydzielonych faz pracy stawu kolanowego w czterech kolejnych krokach podczas chodu fizjologicznego z prędkością 4 km/h [s]
Cykl A-B B-C C-D D-A
I 0,15 0,33 0,36 0,27
II 0,12 0,33 0,36 0,30
III 0,09 0,36 0,36 0,27
IV 0,18 1,30 0,39 0,30
Średnio 0,13 0,33 0,37 0,28

A–B: czas amortyzacji; B–C: pierwszy wyprost stawu kolanowego; C–D: faza ugięcia stawu kolanowego; D–A: prostowanie stawu kolanowego (wymach przedni) – identycznie oznaczono fazy pracy stawu w kolejnych tabelach i na wykresach

Wykres 2. Średnie wartości czasowe faz pracy stawu kolanowego podczas chodu fizjologicznego z prędkością 4 km/h [s]
  1. Podczas chodu z prędkością 6 km/h (tabela 3) kąt A wynosi średnio 0°, a kąt B, oznaczający zgięcie kolana w fazie amortyzacji, jest zdecydowanie większy niż przy chodzie z prędkością 4 km/h. Kąt C jest już we wszystkich cyklach ujemny, co oznacza, że kolano nie prostuje się do kąta 0°. Wartość kąta D jest minimalnie mniejsza niż przy prędkości 4 km/h, a oscylacje kąta w poszczególnych cyklach sięgają nawet 7° (od 59,4 do 67,1).
  • Z wykresu 3 wynika, że w chodzie fizjologicznym z prędkością 6 km/h zaszły dwie istotne zmiany – wyraźnie zwiększyły się tylko kąty amortyzacji (B, D).
Tabela 3. Zmiany kątowe w stawie kolanowym w czterech kolejnych cyklach chodu fizjologicznego z prędkością 6 km/h [deg]
Cykl A B C D
I 0,0 -18,7 -2,2 -64,9
II 1,1 -20,9 -3,3 -66,0
III 1,1 -17,6 -2,2 -59,4
IV -2,2 -22,0 -5,5 -67,1
Średnio 0,0 -19,8 -3,3 -64,35
Wykres 3. Średnie wartości kątów w stawie kolanowym podczas chodu fizjologicznego z prędkością 6 km/h [deg]

 

  1. Analiza zawartości tabeli 4 pozwala zauważyć, że podczas chodu z większą prędkością wszystkie fazy analizowanych cykli ruchowych uległy mniej lub bardziej wyraźnemu skróceniu. Faza amortyzacji (A–B) skróciła się średnio o 0,01 s,faza B–C o 0,03 s. Najbardziej skróciły się dwie ostatnie fazy (C–D o 0,07 s, a D–A’ o 0,05 s). Widać również, że przy prędkości 6 km/h struktura czasowa poszczególnych cykli ruchowych jest bardziej stabilna, np. we wszystkich cyklach fazy amortyzacji czas wynosił 0,12 s, a wszystkie fazy B–C miały równo po 0,27 s. Skracanie się czasów poszczególnych faz jest zjawiskiem oczywistym; przy wzroście prędkości chodu każdy cykl ruchu musi trwać krócej (zwiększa się częstotliwość kroków), a tym samym i poszczególne fazy muszą ulec skróceniu.
  • Na wykresie 4 widoczne jest zmniejszanie się różnic czasowych faz B–C, C–D i D–A.
Tabela 4. Czas realizacji wydzielonych faz pracy stawu kolanowego w czterech kolejnych krokach podczas chodu fizjologicznego z prędkością 6 km/h [s]
Cykl A-B B-C C-D D-A'
I 0,12 0,27 0,30 0,21
II 0,12 0,27 0,33 0,24
III 0,12 0,27 0,30 0,24
IV 0,12 0,27 0,27 0,24
Średnio 0,12 0,27 0,30 0,23
Wykres 4. Średnie czasy faz ruchu stawu kolanowego podczas chodu fizjologicznego z prędkością 6 km/h [s]

 

  1. Z analizy tabeli 5 wynika, że w momencie postawienia stopy na podłożu wartość kąta A jest we wszystkich cyklach ujemna. Wyraźnie zwiększył się kąt amortyzacji (B) w porównaniu do chodu z mniejszymi prędkościami (4 km/h – różnica 10,45; 6 km/h – różnica 4,95). Wartość kąta C nieznacznie różni się od wartości osiągniętej podczas chodu z prędkością 6 km/h, jest za to wyraźnie większa od wartości uzyskiwanych przy prędkości 4 km/h – różnica 2,775. zmniejszył się natomiast kąt ekstremalnego zgięcia stawu podczas chodu (D) – różnica o ok. 2,2 w porównaniu do wyników w chodzie 6 km/h i 4,35 – 4 km/h.
  • Na wykresie 5 stwierdza się, że w chodzie fizjologicznym z prędkością 8 km/h w porównaniu do chodu z mniejszymi prędkościami zwiększa się w znacznym stopniu kąt D.
Tabela 5. Zmiany kątowe w stawie kolanowym w czterech kolejnych cyklach chodu fizjologicznego z prędkością 8 km/h [deg]
Cykl A B C D
I -4,4 -25,3 -4,4 -64,9
II -5,5 -26,4 -3,3 -63,8
III -3,3 -23,1 -2,2 -59,4
IV -1,1 -24,2 -4,4 -60,5
Średnio -3,575 -24,75 -3,575 -62,15
Wykres 5. Średnie wartości kątów A, B, C i D w stawie kolanowym podczas chodu fizjologicznego z prędkością 8 km/h [deg]
  1. Podczas chodu z prędkością 8 km/h fazy cykli B–C, C–D i D–A uległy skróceniu. Faza A–B uległa nieznacznemu wydłużeniu. W porównaniu do chodu z prędkością 6 km/h wydłużyła się o 2,25 s. Czasy w tej fazie są w miarę stabilne i wynoszą średnio 0,1425. W cyklu I czas był nieznacznie krótszy od pozostałych cykli, wynosił on 0,12 s w pozostałych 0,15 s.
  • Na wykresie 6 widoczne jest zmniejszenie trwania czasu fazy C–D z prędkościami mniejszymi (4 i 6 km/h), a także wyrównanie czasu trwania fazy B–C i C–D.
Tabela 6. Czas realizacji wydzielonych faz pracy stawu kolanowego w czterech kolejnych cyklach podczas chodu fizjologicznego z prędkością 8 km/h [s]
Cykl A-B B-C C-D D-A
I 0,12 0,27 0,24 0,21
II 0,15 0,24 0,24 0,21
III 0,15 0,24 0,27 0,18
IV 0,15 0,24 0,24 0,21
Średnio 0,1425 0,2475 0,2475 0,2025
Wykres 6. Średnie czasy faz pracy stawu kolanowego podczas chodu fizjologicznego z prędkością 8 km/h [s]

Chód patologiczny

  1. W chodzie patologicznym z prędkością 4 km/h w porównaniu do chodu fizjologicznego z tą samą prędkością wyraźnie zwiększyły się kąt A, różnica wynosi aż −4,65, również kąt ugięcia w fazie amortyzacji jest większy o 9,17...

Artykuł jest dostępny dla zalogowanych użytkowników w ramach Otwartego Dostępu.

Jak uzyskać dostęp? Wystarczy, że założysz konto lub zalogujesz się.
Czeka na Ciebie pakiet inspirujących materiałów pokazowych.
Załóż konto Zaloguj się

Przypisy