Vliv vybraných morfologických parametrů nohy na kinematické parametry chůzového cyklu u mužů ve věku 20 až 30 let


The Influence of Morphological Variables of the Foot on Kinematics of the Gait

The purpose of the study is to investigate the influence of selected indexes and angle parameters of the foot on kinematic changes of the ankle, knee, hip and pelvis during the gait cycle. The research group consisted of 27 male with an average age of 24.1. Selected indexes and foot angular parameters were obtained by processing four imprints of the bare foot in each of the subject. The Vicon MX system was used for kinematic analysis of the gait. We have noted the influence of foot indexes on kinematic parameters in all joints of the lower extremity. Statistically significant differences were found in maximum flexion and extension of the hip in the sagittal plane during the gait cycle. We found that the foot angle and heel angle do not affect the kinematic parameters of the lower extremity and pelvis. Big toe angle affects the peak of ankle plantar flexion during loading response.

Keywords:
foot, plantography, gait cycle, three-dimensional kinematic analysis


Autoři: H. Hájková 1;  Z. Svoboda 2;  M. Přidalová 2
Působiště autorů: NZZ REHASPRING, Čelákovice, vedoucí PhDr. I. Palaščáková Špringrová, Ph. D. 1;  Katedra přírodních věd v kinantropologii, FTK UP, Olomouc, vedoucí prof. RNDr. M. Janura, Dr. 2
Vyšlo v časopise: Rehabil. fyz. Lék., 21, 2014, No. 1, pp. 11-15.
Kategorie: Původní práce

Souhrn

Cílem výzkumu je posoudit vliv vybraných indexů a úhlových parametrů nohy na pohyb v hlezenním, kolenním, kyčelním kloubu a pánve během chůzového cyklu. Výzkumný soubor tvořilo 27 mužů ve věku 24,1 ± 2,2 let, výškou 181 ± 6 cm a hmotností 78 ± 9 kg. Vybrané indexy a úhlové parametry nohy jsme získali zpracováním otisků bosého chodidla u každého z probandů. Kinematické parametry chůze jsme sledovali pomocí optoelektronického systému Vicon MX. Zaznamenali jsme vliv indexu nohy na pohyb ve všech kloubech dolní končetiny, statisticky významné byly rozdíly v hodnotách maxima flexe a extenze kyčelního kloubu v sagitální rovině během chůzového cyklu. Zjistili jsme, že úhel nohy a úhel paty nemají vliv u zdravých osob na pohyb kloubů dolní končetiny a pánve. Úhel palce ovlivňuje hodnoty maxima plantární flexe v hlezenním kloubu ve fázi postupného zatěžování.

Klíčová slova:
noha, plantografie, chůzový cyklus, kinematická 3D analýza

ÚVOD

Chůze je považována za nejběžnější způsob pohybu a tvoří nezbytnou součást každodenního života. Poruchy funkce nohy mohou ovlivnit vyšší etáže pohybové soustavy (13). Podle řady autorů (2, 9) má nastavení distálních segmentů dolní končetiny (aker) zásadní vliv na napřímení trupu a aktivaci svalových řetězců, čehož využívá terapeutická metoda akrální koaktivační terapie. V pilotní studii se pokusili zobjektivizovat vybraná vzpěrná koaktivační cvičení a jejich vliv na rozložení tlaků na plosce nohou a kořenech rukou. Jejich výsledky potvrdily fakt, že po cvičení vzpěrných cviků nastává koaktivace svalových řetězců a opora na nohou se přesouvá z předonoží směrem k patám.

Existenci vztahu mezi morfologií nohy a pohybem kyčle a pánve potvrzují také další studie. Postavení paty (inverze, everze) ovlivňuje nastavení pánve (10). Jiní autoři nalezli významný vztah mezi výškou klenby a mírou řetězení pohybů segmentů dolních končetin při chůzi (15). Význam hodnocení vlivu morfologie chodidla na chůzi narůstá u osob se zdravotním deficitem. Guiotto a spol. (5) zjistili, že u těchto pacientů hraje morfologie nohy při chůzi významnou roli jak v oblasti kinematiky, tak v rozložení tlaků na kontaktu nohy s podložkou. I přes existenci uvedených studií je potřeba dalšího výzkumu k nalezení relevantních parametrů, které nejlépe vyjadřují morfologii nohy ve vztahu k pohybu dolních končetin a pánve.

Cílem práce je posoudit vliv indexů nohy a úhlových parametrů nohy na pohyb v hlezenním, kolenním a kyčelním kloubu a pohyb pánve při chůzi.

METODIKA

Zkoumaný soubor tvořilo 27 studentů mužského pohlaví z Fakulty tělesné kultury UP v Olomouci. Průměrný věk byl 24,1 ± 2,2 let, výška 181 ± 5,7 cm a hmotnost 78 ± 8,9 kg. Na základě vyplněného dotazníku byli z výzkumu vyloučeni studenti po traumatech dolních končetin, pánve a páteře. Dále osoby s postižením nervového systému, osoby s duševním onemocněním a osoby se smyslovým postižením. Měření dat probíhalo na Katedře přírodních věd v kinantropologii Fakulty tělesné kultury UP.

U každého probanda jsme zhotovili otisky bosého chodidla. Pro zpracování parametrů nohy jsme použili software vytvořený na Fakultě tělesné kultury UP. Na každém z plantogramů jsme označili konkrétní morfologické body, díky kterým jsme získali okamžité vyhodnocení délek, šířek a indexů nohy (obr. 1).

Obr. 1. Morfologické body označované na chodidle a základní úhlové a délkové parametry. Legenda: A – nejproximálněji položený bod, střed druhého prstu, nejdistálněji položený bod předonoží, D – nejlaterálněji položený bod předonoží, E – nejmediálnější bod přednoží na hlavičce I. metatarzu, F – laterálně položený bod v nejužším místě středonoží kolmém na laterální tečnu nohy, G – mediálně položený bod v nejužším místě středonoží kolmém na laterální tečnu nohy, H – průsečík kolmice v nejužším místě středonoží a mediální tečny nohy, I – nejdistálněji položený bod zánoží, J – nejmediálněji položený bod na palci, α – úhel nohy, β – úhel paty, γ – úhel palce (kladná hodnota úhlu signalizuje valgózní postavení palce, záporná virózní), |AC| - délka nohy bez prstů, |DE| - nejširší místo nohy, |FG| - nejužší místo nohy.
Morfologické body označované na chodidle a základní úhlové a délkové parametry.
Legenda: A – nejproximálněji položený bod, střed druhého prstu, nejdistálněji položený bod předonoží, D – nejlaterálněji položený bod předonoží, E – nejmediálnější bod přednoží na hlavičce I. metatarzu, F – laterálně položený bod v nejužším místě středonoží kolmém na laterální tečnu nohy, G – mediálně položený bod v nejužším místě středonoží kolmém na laterální tečnu nohy, H – průsečík kolmice v nejužším místě středonoží a mediální tečny nohy, I – nejdistálněji položený bod zánoží, J – nejmediálněji položený bod na palci, α – úhel nohy, β – úhel paty, γ – úhel palce (kladná hodnota úhlu signalizuje valgózní postavení palce, záporná virózní), |AC| - délka nohy bez prstů, |DE| - nejširší místo nohy, |FG| - nejužší místo nohy.

Na základě popisovaných parametrů definujeme sledované indexy nohy takto:

  • index Chippaux-Šmiřák = |FG| / |DE| * 100 %,
  • index dle Srdečného = |FG| / |AC| * 10,
  • index dle Sztriter-Godunova = |FG| / |FH|.

Kinematické parametry chůze jsme sledovali pomocí 7 infračervených kamer (Vicon MX, Oxford Metrics Inc., Oxford), které byly rozmístěny kolem dráhy o délce 8 metrů. Pomocí 35 reflexních značek jsme označili sledované segmenty (Full body PlugInGait model). Poté byla testovaná osoba vyzvána k chůzi svým přirozeným způsobem.

Zpracování naměřených hodnot bylo provedeno v programu Vicon Nexus (Oxford Metrics Group, Oxford, Velká Británie). Zpracovali jsme jeden pokus třicetivteřinového stoje pro určení neutrálního postavení v kloubech, dále šest pokusů přirozené chůze u každého probanda (obr. 2). Data jsme dále exportovali do programu Vicon Polygon (Oxford Metrics Group, Oxford, Velká Británie).

Obr. 2. Vizualizace chůze (pohled z boku).
Vizualizace chůze (pohled z boku).

Hodnotili jsme vybrané kinematické parametry pánve a dolních končetin: rozsah pohybu v hlezenním, kolenním a kyčelním kloubu a pánve v sagitální, frontální a transverzální rovině během chůzového cyklu; pohyb v hlezenním, kolenním a kyčelním kloubu v sagitální rovině. Podle hodnot sledovaných morfologických parametrů z podografie jsme kinematická data rozdělili do skupin a statisticky porovnali (tab. 1). Statistické zpracování výsledků bylo provedeno v programu STATISTICA (verze 10, Stat-Soft, Inc., Tulsa, USA). Vypočítali jsme základní statistické veličiny pro každou proměnnou (průměr, směrodatná odchylka). Při zjišťování rozdílů mezi veličinami v daných skupinách a mezi skupinami jsme využili neparametrický nepárový Mann Whitney U test. Statistická významnost byla určena na 5% hladině (p<0,05).

Tab. 1. Počty nohou v jednotlivých skupinách podle zkoumaných parametrů.
Počty nohou v jednotlivých skupinách podle zkoumaných parametrů.

VÝSLEDKY

Pro posouzení významnosti rozdílů mezi sledovanými skupinami byla zvolena 5% hladina statistické významnosti (p < 0,05).

Index Chippaux-Šmiřák

U skupiny osob s normálně klenutou nohou 3. stupně ve srovnání s ostatními typy 1. a 2. stupně byly zjištěny statisticky významné rozdíly u následujících parametrů:

  • větší rozsah rotace nohy v transverzální rovině,
  • menší maximální extenze a větší maximální flexe v kyčelním kloubu,
  • větší rozsah rotace pánve v transverzální rovině.

Index dle Srdečného

U skupiny na rozhraní normálně klenuté a ploché nohy jsme ve srovnání se skupinou s nohou normálně klenutou zjistili:

  • větší rozsah rotace v subtalárním kloubu v trans-verzální rovině,
  • větší rozsah rotace v koleni,
  • větší rozsah náklonu pánve v sagitální rovině.

Index dle Sztriter-Godunova

U skupiny s plochou nohou (2. stupeň) byly při porovnání s normálně klenutou nebo vysokou nohou nalezeny následující statisticky významné rozdíly.

Při porovnání s vysokým typem nohy:

  • větší rozsah rotace nohy,
  • větší rozsah rotace pánve.

Při porovnání s normálně klenutou nohou:

  • větší rozsah flexe a extenze v kyčelním kloubu v sagitální rovině,
  • větší rozsah náklonu pánve v sagitální rovině.

Úhel palce

U skupiny s mírně valgózním postavením palce vzhledem ke skupině s mírně varózním postavením palce bylo zjištěno významně větší první maximum plantární flexe těsně po počátečním kontaktu paty.

Úhel paty a úhel nohy

U úhlu paty a úhlu nohy nebyly zjištěny žádné statisticky významné rozdíly mezi sledovanými skupinami.

DISKUSE

Jelikož jsme si pro výzkumnou část vybrali jedince mladé populace, zkoumaný soubor nevykazoval výrazné plochonoží, vysokou nohu nebo hallux valgus. S přihlédnutím k charakteristice souboru jsme neočekávali velké rozdíly v kinematických parametrech kloubů dolních končetin a pánve během chůzového cyklu. Výsledky naznačují, že ani u mladé populace nelze hledat striktní normu stereotypu chůze. Vzhledem k využití klasické klinické typologie nohy, stanovení klenby bez využití rentgenových snímků a k variabilitě kinematických proměnných nelze vyvozovat z naměřených dat striktní závěry. Naše výsledky však podporují tvrzení jiných autorů (3, 8, 9, 13, 14) o vlivu postavení nohy na vyšší etáže pohybového systému.

V dostupných publikacích se autoři věnují hlavně vlivu plochonoží na pohyb jednotlivých kloubů nohy během chůze. V těchto studiích již dále nezkoumají, jak může plochonoží ovlivňovat vyšší etáže pohybové soustavy. Levinger, Murley, Barton, Cotchett, McSweeney a Menz (7) poukazují na fakt, že změna pohybu v subtalárním kloubu může ovlivňovat pohyb tibie, a tím i další proximální segmenty. Zjistili, že u skupiny s plochou nohou dosahovalo druhé maximum plantární flexe předonoží vůči zánoží vyšších hodnot oproti skupině s normálně klenutou nohou. Dále zjistili vyšší hodnoty maxima abdukce a addukce předonoží oproti zánoží v transverzální rovině a vyšší hodnoty maxima vnitřní rotace zánoží vzhledem k tibii v transverzální rovině a everze v rovině frontální. Tyto výsledky podporují dřívější poznatky o nadměrné pronaci v subtalárním kloubu u osob s plochou nohou během chůzového cyklu. Tento faktor může zvyšovat riziko úrazu nohy z přetížení.

V hlezenním kloubu jsme dále zjistili vyšší hodnoty maxima plantární flexe ve fázi postupného zatěžování u skupiny s mírně valgózním postavením palce oproti skupině s mírně varózním postavením palce. K obdobnému závěru došli také Janura, Cabell, Svoboda, Kozáková a Gregorková (6), kteří zkoumali vliv juvenilní formy hallux valgus na změnu kinematických parametrů dolní končetiny během chůzového cyklu. Díky excentrické kontrakci m. tibialis anterior, m. extensor digitorum longus a m. peroneus tertius ve fázi postupného zatěžování se noha pomalu dostává do kontaktu s podložkou. Nadměrná plantární flexe v této fázi může být dle Janury a spol. (6) způsobena poruchou koaktivace výše zmíněných svalů, které zároveň ovlivňují stabilitu hlezenního kloubu.

Levinger a spol. (7) uvádějí, že u osob s plochou nohou dochází k nadměrné pronaci v subtalárním kloubu při chůzi, což by vysvětlovalo vyšší hodnoty vnitřní rotace kolenního kloubu v transverzální rovině. V našem výzkumu jsme ale hodnotili pouze celkový rozsah pohybu kolenního kloubu v transverzální rovině. U skupiny s typem nohy na rozhraní normální a ploché dle Srdečného jsme zjistili větší rozsah pohybu kolenního kloubu v transverzální rovině oproti skupině s normálně klenutou nohou.

V sagitální rovině dosahovalo maximum flexe kolenního kloubu na konci švihové fáze vyšších hodnot u skupiny s vysokou nohou dle Sztriter-Godunova oproti skupině s normálně klenutou nohou. Podle Riegerové, Přidalové a Ulbrichové je osa subtalárního kloubu u vysoké nohy ve více vertikálním postavení, čímž dochází k menší pronaci v subtalárním kloubu, menší vnitřní rotaci bérce, a tím i menší flexi v kolenním kloubu. V naší práci jsme naopak zjistili vyšší hodnoty maxima flexe v kolenním kloubu na konci švihové fáze u skupiny s vysokou nohou. Vyšší hodnoty maxima flexe v kolenním kloubu mohou být způsobeny kompenzací nedostatečné pronace v subtalárním kloubu u vysoké nohy nebo vyššími hodnotami maxima flexe kyčelního kloubu během švihové fáze. Podle Whittla vyplývá flexe v kolenním kloubu z flexe v kyčelním kloubu, protože se dolní končetina chová jako kyvadlo.

V kyčelním kloubu jsme naměřili větší rozsah pohybu v sagitální rovině u skupiny s plochou nohou dle Sztriter-Godunova oproti skupině s normálně klenutou nohou. Statisticky významné rozdíly jsme zaznamenali v hodnotách maxima flexe a extenze kyčelního kloubu. Skupina s normálně klenutou nohou 3. stupně dle Chippaux-Šmiřáka dosahovala nižších hodnot maxima extenze a vyšších hodnot maxima oproti skupinám s normálně klenutou nohou 1. a 2. stupně. V dostupných studiích se autoři zabývají především vlivem postavení subtalárního kloubu na pohyb kyčelního kloubu v transverzální rovině. Výsledky těchto studií potvrzují, že pronace zánoží způsobuje vnitřní rotaci femuru a naopak supinace zánoží způsobuje zevní rotaci femuru (4, 6, 12) a zjistily, že juvenilní forma hallux valgus ovlivňuje pohyb kyčelního kloubu v sagitální rovině. Autoři došli k závěru, že skupina s juvenilní formou hallux valgus dosahuje nižších hodnot maximální extenze a vyšších hodnot maximální flexe v kyčelním kloubu. Tyto tendence vykazovala v našem výzkumu skupina s tendencí k plochonoží. Podle našeho názoru jsou nižší hodnoty maximální extenze v kyčelním kloubu během stojné fáze kompenzovány právě vyšším maximem flexe v kyčelním kloubu během fáze švihové, zároveň poukazují tyto výsledky na spojení hallux valgus se snížením mediálního oblouku podélné klenby nohy.

Duval, Lamb a Sanderson (4) zkoumali, zda má pohyb v subtalárním kloubu vliv na pohyb pánve v sagitální rovině a postavení bederní lordózy. Došli k závěru, že postavení subtalárního kloubu má statisticky významný vztah pouze k rotaci v kolenním a kyčelním kloubu. Pronace v subtalárním kloubu způsobuje vnitřní rotaci v kolenním a kyčelním kloubu, zatímco supinace způsobuje zevní rotaci v kolenním a kyčelním kloubu. Studie naznačovala vztah mezi vnitřní rotací kyčelního kloubu a anteverzí pánve a naopak zevní rotací v kyčelním kloubu mezi retroverzí pánve, avšak tyto výsledky nebyly statisticky významné. Na základě našeho měření jsme zjistili větší rozsah pohybu pánve v sagitální rovině u skupiny s tendencí k plochonoží (rozhraní normální a ploché dle Srdečného, plochá noha dle Sztriter-Godunova) oproti skupině s normálně klenutou nohou.

Při analýze pohybu pánve jsme dále zjistili větší rozsah pohybu v transverzální rovině u skupiny s normální nohou 3. stupně dle Chippaux-Šmiřáka oproti skupinám s normální nohou 1. a 2. stupně, zárověň u skupiny s  plochou nohou dle Sztriter-Godunova oproti skupině s vysokou nohou. To může být způsobeno větším rozsahem pohybu hlezenního kloubu v transverzální rovině. Podobně popisují pohyb pánve v tranzverzální rovině i Rose a Gamble (11), kteří poukazují na vztah rotace pánve s flexí a extenzí kyčelního kloubu. Tyto souhyby slouží k prodloužení kroku. Na vztah mezi chodidlem a pánví poukazují rovněž Bendová, Špringrová a Tichý (1), kteří potvrdili vliv tvaru pánve na rozložení tlaků na ploskách nohou ve vzpřímeném stoji.

Pro dosažení přesnějších a podrobnějších výsledků by bylo vhodné doplnit tuto studii o podrobnější výzkum, s cílem eliminovat faktory zkreslující výsledky. Pro stanovení typu nohy využít rentgenových snímků zatížené nohy nebo vedle klasické klinické typologie nohy stanovit funkční typ nohy u každého z probandů. Pro získání podrobných kinematických parametrů klubů nohy a dynamických změn nohy během zatížení při chůzi by bylo vhodné doplnit Full body PlugInGait model o podrobnější model, např. Oxfordský model nohy (Oxford Foot Model). Doplnění tohoto výzkumu o výše uvedené vyšetření a analýzu by mohlo uvést zjištěné tendence do větších souvislostí nohy v rámci celotělového schématu.

Poděkování

Tato práce byla vytvořena za podpory výzkumného záměru MŠMT číslo 6198959221 a vnitřního grantu Fakulty tělesné kultury FTK_2011_15.

Adresa pro korespondenci:

Mgr. Hana Hájková

V Zátiší 546/18

250 88 Čelákovice


Zdroje

1. BENDOVÁ, P., ŠPRINGROVÁ, I., TICHÝ, M.: Sledování změn rozložení tlaků na ploskách nohou ve vzpřímeném stoji v souvislosti s tvarovými změnami pánve. Rehabilitace a fyzikální lékařství, 2003, č. 4, s. 14-16.

2. BÍNOVÁ, A., ŠPRINGROVÁ, I.: Nové aspekty v metodě Roswithy Brunkow sledováním aktivity vybraných svalů pomocí povrchové EMG. Rehabilitace a fyzikální lékařství, 2008, č. 2, s.74-81.

3. DINSDALE, N.: How abnormal foot motion can be a major contributor to lower back and pelvic problems. SportEX dynamics, 2009, č. 19, s. 11-14.

4. DUVAL, K., LAM, T., SANDERSON, D.: The mechanical relationship between the rearfoot, pelvis and low-back. Gait and Posture, 2010, č. 4, s. 637-640.

5. Guiotto, A., Sawacha, Z., Guarneri, G., Cristoferi, G., Avogaro, A., Cobelli, C.: The role of foot morphology on foot function in diabetic subjects with or without neuropathy. Gait and Posture, 37, 2013, č. 4, s. 603-610.

6. JANURA, M., CABELL, L., SVOBODA, Z., KOZAKOVA, J., GREGORKOVA, A.: Kinematic snalysis of gait in patients with juvenile hallux valgus deformity. Journal of Biomechanical Science and Engineering, 2008, č. 3, s. 390-398.

7. LEVINGER, P., MURLEY, G. S., BARTON, CH. J., COTCHETT, M. P., McSWEENEY, S. R., MENZE, H. B.: A comparison of foot kinematics in people with normal- and flat-arched feet using the Oxford foot model. Gait and Posture, 2010, č. 32, s. 519-523.

8. LEWIT, K., LEPŠÍKOVÁ, M.: Chodidlo - významná část stabilizačního systému. Rehabilitace a fyzikální lékařství, 2008, č. 3, s. 99-104.

9. PALAŠČÁKOVÁ ŠPRINGROVÁ, I.: Akrální koaktivační terapie. Ingrid Palaščáková Špringrová, REHASPRING, 2011.

10. PINTO, R. Z. A., SOUZA, T. R., TREDE, R. G., KIRKWOOD, R. N., FIGUEIREDO, E. M., FONSECA, S. T.: Bilateral and unilateral increases in calcaneal eversion affect pelvic alignment in standing position. Manual Therapy, 2008, 13, s. 513-519.

11. ROSE, J., GAMBLE, J. G.: Human walking. Philadelphia: Williams & Wilkins, 2006.

12. SOUZA, T. R., PINTO, R. Z., TREDE, R. G., KIRKWOOD, R. N., FONSECA, S. T.: Temporal couplings between rearfoot-shank komplex and hip joint during walking. Clinical Biomechanics, 2010, č. 25, s. 745-748.

13. TOPPISCHOVÁ, M., ŠNOPLOVÁ, A.: Funkce nohy. Bolest, 2008, č. 2, s. 109-111.

14. VAŘEKA, I., VAŘEKOVÁ, R.: Kineziologie nohy. Olomouc: Univerzita Palackého, 2009.

15. WILKEN, J., RAO, S., SALTZMAN, C., YACK, H. J.: The effect of arch height on kinematic coupling during walking. Clin. Biomech., 26, 2011, 26, s. 318-323.

Štítky
Fyzioterapia Rehabilitácia Telovýchovné lekárstvo

Článok vyšiel v časopise

Rehabilitace a fyzikální lékařství

Číslo 1

2014 Číslo 1
Najčítanejšie tento týždeň
Najčítanejšie v tomto čísle
Kurzy

Zvýšte si kvalifikáciu online z pohodlia domova

Eozinofilní granulomatóza s polyangiitidou
nový kurz
Autori: doc. MUDr. Martina Doubková, Ph.D.

Všetky kurzy
Prihlásenie
Zabudnuté heslo

Zadajte e-mailovú adresu, s ktorou ste vytvárali účet. Budú Vám na ňu zasielané informácie k nastaveniu nového hesla.

Prihlásenie

Nemáte účet?  Registrujte sa