 |
|
tel.071 318 01 04
|
|
|
|
|
|
|
1 Katedra Wychowania Fizycznego i Zdrowotnego, Wydział Nauczycielski, Politechnika Radomska 2 Katedra Ergonomii, Protetyki i Ortotyki, Akademia Wychowania Fizycznego, Katowice 3 Centrum Rehabilitacji im. prof. M. Weissa "STOCER”, Konstancin - Jeziorna 4 Katedra Badań Operacyjnych i Ekonometrii, Politechnika Radomska
Mariusz strzecha 1, Henryk knapik 2, Paweł Baranowski 3, Jan Pasiak 4, Stability and symmetry of flower extremities loading in two platform-stabilography scale examination
Stabilność i symetria obciążania kończyn dolnych w badaniu dwuplatformową wagą stabilograficzną WPROWADZENIE Kontrola równowagi polega na statycznym i dynamicznym równoważeniu destabilizujących sił grawitacji i bezwładności [1]. Dzieje się tak za sprawą pobudzania odpowiednich mięśni. Badaniem układu równowagi zajmuje się stabilografia. Badanie polega na analizie w czasie, miar zmienności punktu przyłożenia wypadkowej siły reakcji podłoża, podczas utrzymywania równowagi w trakcie stania na platformie sił [6]. Im większa jest częstotliwość zmiany punktu przyłożenia wypadkowej siły reakcji podłoża, tym gorsza jest stabilność badanych osób. Tym samym zwiększa się u nich ryzyko upadków, mogących prowadzić do urazów lub do złamań. Sygnał opisujący przemieszczenia punktu przyłożenia wypadkowej siły reakcji podłoża (COP - center of pressure) jest sumą sygnału COG (center of gravity) oraz sił korekcyjnych generowanych przez odpowiednie mięśnie [9]. W stabilografii spotkamy się z pojęciem granicy stabilności. Uważa się, że jeśli rzut środka ciężkości ciała na płaszczyznę podparcia przekroczy granice stabilności, to nastąpi niekontrolowany upadek człowieka [1]. Upadek taki nastąpi, jeżeli nie zaistnieje reakcja odstawienia kończyny - równoważna ze zwiększenia płaszczyzny podparcia. Do niedawna zakładano, że granicą stabilności jest obwiednia stóp - granica powierzchni podparcia [7]. Przypuszcza się, że faktyczna granica stabilności zajmuje nie wiele więcej niż połowę powierzchni podparcia [1]. Heurystyczny model stabilności człowieka [2], ukazuje rzeczywistą granicę stabilności oddzieloną od subiektywnej granicy stabilności marginesem bezpieczeństwa. Jak wiadomo margines ten zmienia się wraz z wiekiem. Każdy doświadczony terapeuta zauważa jakościowe zmiany symetrii w zachowaniach ruchowych pacjenta, lecz znacznie trudniej jest mu określić ich ilościową wartość. Jednym z wykładników symetrii i asymetrii jest równość lub nierówność parametrów obu stron. W celu zobiektywizowania oceny zjawiska asymetrii i symetrii dokonuje się pomiarów analogicznych parametrów obu stron, oblicza się wskaźniki, co umożliwia ich właściwe porównanie [5]. Postęp w konstrukcji urządzeń pomiarowych w stabilografii jest znaczący. Wprowadzenie do praktyki badawczej nowego urządzenia, jakim jest „dwuplatformowa waga stabilograficzna”, jest równoważne ze znaczącym rozszerzeniem możliwości badawczych. Urządzenie to umożliwia dokonywanie współbieżnych pomiarów odrębnego zachowania się każdej z kończyn dolnych. Pomiary takie dają możliwość wykrywania istniejących asymetrii obciążania kończyn dolnych i pomiarów ich wielkości.
Ryc. 1. Dwuplatformowa waga stabilograficzna firmy „CQ Elektronik System” [10]
Możliwość odrębnego badania, zachowania się każdej z kończyn dolnych jest istotną przesłanką dla trafności oceny zjawisk: równowagi, stabilności oraz symetrii obciążania kończyn dolnych badanych osób. Takie rozszerzenie możliwości pomiarowych w stabilografii przyczynić się może do weryfikacji wielu istniejących już w tej dyscyplinie poglądów. Praca niniejsza prezentuje nowe możliwości poznawcze, związane z wprowadzeniem do stabilografii kolejnych technik pomiarowych, udostępnionych przez „dwuplatformową wagę stabilograficzną” (ryc. 1) [8, 10]. Skonstruowana aparatura (ryc. 1) pozwala na odrębne, ale wykonywane współbieżnie [8] pomiary: przemieszczającego się punktu COPLR (center of pressure leg right), w którym przyłożona jest siła nacisku (FLR) nogi prawej na płaszczyznę podparcia, przemieszczającego się punktu COPLL (center of pressure leg left), w którym przyłożona jest siła nacisku (FLL) nogi lewej na płaszczyznę podparcia.
MATERIAŁ I METODA BADAŃ Producentem dwuplatformowej wagi stabilometrycznej (ryc. 1) jest firma „CQ Elektronik System” z Czernicy Wrocławskiej. Jej właściciel Pan Artur Świerc podjął się opracowania aparatury i oprogramowania, które realizowałoby zadania wypracowane ze współautorem niniejszej publikacji M. Strzechą. Wyniki tych badań należy traktować jako wyniki badań pilotażowych. Zarówno dobór osób do badania jak i liczebność osób w badanych grupach były zróżnicowane. Przeprowadzone badania miały na celu wyłącznie ujednolicenie metodologii ich prowadzenia, potwierdzenie istnienia różnic w symetrii obciążania kończyn dolnych oraz wykazanie zasadności odrębnych pomiarów obu kończyn dolnych. W badaniach wzięło udział 53 studentów Politechniki Radomskiej, 75 dzieci z Publicznej Szkoły Podstawowej w Kowali oraz „ligowy” zespół (14 zawodników) siatkarzy KS Jadar Radom. Charakterystykę badanych grup przedstawia tabela I.
Tab. I. Charakterystyka badanych grup.
Opis przebiegu badań Badanie składało się z dwóch prób. Badany stawał (ryc. 2) stopami bez obuwia na dwuplatformowej wadze stabilograficznej (jedną stopą na jednej płycie, a drugą na drugiej). Obie płyty były wypoziomowane zaś ich powierzchnie ustawione tak by tworzyły jedną płaszczyznę.
Ryc. 2. Indywidualne ustawienie kończyn na dwuplatofrmowej wadze stabilograficznej
Każdy badany stawał na dwuplatformowej wadze stabilograficznej w indywidualnej pozycji swobodnej. Szerokość rozstawu kończyn dolnych oraz kąt rozwarcia stóp względem siebie nie był w żaden sposób wymuszony, odmiennie jak ma to często miejsce w badaniach posturograficznych. Takie rozwiązanie stało się możliwe dzięki zastosowaniu programowej opcji „zerowanie pozycji statokinezjogramu” wyjaśnionej i opisanej w dalszej części artykułu. Rozmieszczenie aparatury pomiarowej w pomieszczeniu badawczym ukazano na ryc. 3. W trakcie badań stwierdzono, że gdy badany wchodzi na platformę z prawej lub lewej strony najczęściej ustawia jedną z kończyn w nienaturalny sposób co wymagało kilkukrotnych korekt ustawienia stóp. Celowym jest więc oznaczenie miejsca (na wprost wagi), z którego badany wchodzi na wagę stabilograficzną. Wchodząc z tego miejsca zachowuje on naturalne rozstawienie stóp.
Ryc. 3. Rozmieszczenie aparatury pomiarowej do badań „Stanie swobodne” z oczami otwartymi (fit back wzrokowy) W pierwszej z prób nazywanej „stanie swobodne” badany stawał na dwuplatformowej wadze tensometrycznej w sposób dla niego komfortowy, utrzymując obie kończyny dolne wyprostowane. Badany przez 10 sekund patrzył na pusty monitor. Po tym czasie program automatycznie (lub w wyznaczonym przez badacza momencie) pokazywał obraz (ryc. 4) z przeniesionym punktem COP na jego środek. Zastosowana procedura eliminuje nienaturalne ustawianie stóp przez badanego oraz eliminuje konieczność pochylania się przez niego do przodu lub odchylania do tyłu, co miało miejsce w przypadku wymuszonego ustawienia stóp na dotychczasowych platformach. Badany obserwował obraz na monitorze (ryc. 4). Jego zadaniem było utrzymywanie „poruszającego się krzyżyka” w centrum ekranu monitora. Monitor umieszczany był na wysokości wzroku badanego w odległości 2 m od niego. Właściwa próba poprzedzona była 20 sekundowym „treningiem”, którego celowość zastosowania wykazały badania optymalnego czasu trwania pomiarów stabilograficznych na platformach sił [4]. Po zakończeniu „treningu” rozpoczynała się rejestracja pomiarów. Czas trwania pomiarów właściwej próby wynosił 30 sekund.
Ryc. 4. Ekran widziany przez badanego na dodatkowym monitorze podczas badania na dwuplatformowej wadze stabilograficznej
Pierwszymi z opisywanych parametrów są wielkości pól powierzchni zakreślanych przez: COP, COPLR oraz COPLL. Tab. I. Wykresy statokinezjogramów podczas próby w staniu swobodnym
Analizując wykresy statokinezjogramów przykładowych dwóch badanych osób (tab. I), można stwierdzić, że podczas próby „stania swobodnego” w przypadku pierwszego badanego kończyną bardziej stabilną okazała się kończyna prawa, zaś u drugiego badanego kończyna lewa. Dodatkowo można stwierdzić (bez analizy ilościowej) na podstawie wielkość pola powierzchni SA (sway area) zakreślonego przez COP, COPLR, COPLL, że drugi badany charakteryzuje się lepszą równowagą niż badany pierwszy.
Wykres 1. Średnie wielkości pól powierzchni SA (sway area) zakreślonych przez: COP, COPLR oraz COPLL w poszczególnych grupach, w mm2 Oznaczenia:
Badanie zakresu stabilności. W drugiej próbie dokonywano badania przedniego i tylnego zakresu oraz marginesu stabilności. Zadaniem badanego było wykonywanie powolnych maksymalnych wychyleń ciała na przemian w przód i w tył. Osią obrotu był staw skokowy (ryc. 5). W trakcie tej próby wzrok badanego był skupiony na ekranie monitora. Widziany przez niego obraz był nieruchomy. Badany widział „pusty” statokinezjogram (ryc. 4). Obraz ten służył jedynie jako punkt odniesienia, na którym badany miał skupić wzrok. Miało to na celu wyeliminowanie kręcenia głową na boki bądź pochylaniem głowy w dół.
Ryc. 5. Próba „kiwania” podczas badania przedniego i tylnego zakresu oraz marginesu stabilności
Kolejnymi z opisywanych parametrów są zakresy stabilności kończyny prawej i lewej (ryc. 6, 7, 8).
Ryc. 6. Parametry zakresu stabilności kończyny prawej i lewej uzyskane dzięki dwuplatformowej wadze stabilograficznej Oznaczenia:
Wykres 2. Średnie wielkości zakresu stabilności w poszczególnych grupach w mm2. Oznaczenia:
Ryc. 7. Parametry przedniego i tylnego zakresu i marginesu stabilności kończyn Oznaczenia:
Tab. II. Przykładowe wykresy statokinezjogramów podczas próby „kiwania” (różnice w wartościach przedniego i tylnego zakresu stabilności)
Analizując wykresy statokinezjogramów przykładowych badanych (tab. II), można stwierdzić, że u pierwszego badanego przedni zakres stabilności (MaxAPF) jest dwa razy większy niż tylny zakres stabilności (MaxAPB). U drugiego badanego są one równe. Dodatkowo obraz statokinezjogramu zakreślony przez poruszający się punkt COP w przypadku pierwszego badanego jest przesunięty w stronę prawą względem osi Y (AP). Świadczy to o przeniesieniu ciężaru ciała na prawą kończynę i o nierównomiernym obciążaniu kończyn. Zaobserwować można również, że tylny zakres stabilności (MaxAPB) jest mniejszy niż tylny zakres stabilności każdej kończyny; zarówno prawej (MaxAPBLR) jak i lewej (MaxAPBLL). Oznacza to że nie zawsze przemieszczaniu się COPLR do przodu towarzyszyło równoczesne przemieszczanie się COPLL.
Ryc. 8. Boczny zakres stabilności Oznaczenia:
Tab. III. Przykładowe wykresy statokinezjogramów podczas próby „kiwania” (różnice w wartościach bocznego zakresu stabilności)
Analizując wykresy statokinezjogramów przykładowych badanych (tab. III), można stwierdzić, że u pierwszego badanego boczny zakres stabilności (MaxML) jest znacznie większy niż u drugiego. Natomiast u drugiego badanego, boczny zakres stabilności kończyny prawej (MaxMLLR) jest znacznie mniejszy niż kończyny lewej (MaxMLLL).
Wykres 3. Średnie wielkości bocznego zakresu stabilności w mm2.
Próba Romberga Celem dokonania obliczeń współczynnika Romberga, dla części badanych drugą próbę stanowiło stanie swobodne z oczami zamkniętymi. Współczynnik Romberga jest stosunkiem wielkości parametrów otrzymanych w testach przeprowadzonych z otwartymi oczami do wielkości parametrów otrzymanych w testach przeprowadzonych z zamkniętymi oczami. Czas tej próby wynosił 30 sekund. Współczynnik Romberga obliczony został dla: · długości ścieżek statokinezjogramów zakreślonych przez punkty: COPLR, COPLL, COP, · wielkości pól powierzchni zakreślonych przez punkty: COPLR, COPLL, COP, · średniej prędkości poruszania się punktów: COPLR, COPLL, COP, · stosunku długości ścieżek statokinezjogramów do wielkości pól powierzchni.
Tab. IV. Zestawienie wybranych parametrów przykładowej osoby
W tabeli powyżej porównano współczynnik Romberga obliczony dla wielkości pola powierzchni, kończyny prawej i lewej przykładowego badanego, w zestawieniu z wykresami statokinezjogramów obrazujących tory przemieszczania się punktów: COP, COPLR, COPLL podczas „stania swobodnego” oraz z rozkładem sił nacisku (balans) z oczami otwartymi i zamkniętymi.
Ryc. 9. Róznice w średnich wychyleniach kończyn przykładowej osoby Oznaczenia:
Symetria obciążeń kończyn dolnych
Wykres 4. Porównanie asymetrii obciążania kończyn dolnych poszczególnych siatkarzy w próbie: „stanie swobodne”
Wykres 4 przedstawia indywidualne różnice w procentowym obciążaniu kończyn dolnych u badanych siatkarzy. Jak wynika z danych, aż 8 spośród 14 badanych (ok. 57%) bardziej obciążało kończynę prawą. Tylko trzech siatkarzy (ok. 21%) bardziej obciążało kończynę lewą, jak również trzech (ok. 21%) idealnie symetrycznie obciążało obie kończyny. Gdyby jednak rozszerzyć granice symetrii i objąć tych, u których różnica wynosiła 1%, to okazuje się, że aż ośmiu (ok. 57%) symetrycznie obciąża obie stopy. Tylko dwu (14%) bardziej obciąża kończynę lewą, a czterech (29%) bardziej obciąża kończynę prawą.
Wizualizacja graficzna wyników próby „kiwania” Dodatkowe możliwości zaproponowanego rozwiązania (dwuplatformowej wagi stabilometrycznej) uwidacznia ryc. 10 obrazując możliwość graficznej wizualizacji (bez konieczności porównywania liczbowych wartości) zmian poszczególnych parametrów w czasie.
Ryc. 10. Wykresy graficznej wizualizacji zmian parametrów: balansu oraz przemieszczania się COPLR i COPLL w płaszczyznach AP i ML w funkcji czasu
W chwili A (ryc. 10) osoba wychyla się maksymalnie do przodu (Odchylenie COP-AP) obciążając minimalnie mocniej prawą kończynę (Różnica procentowa balansu L-P) wychylając jednocześnie kończynę lewą w lewą stronę zaś kończynę prawą w prawą stronę (Odchylenie COP-ML). W chwili B osoba wychyla się maksymalnie do tyłu (Odchylenie COP-AP) obciąża znacznie bardziej (prawie 15%) prawą kończynę w stosunku do lewej (Różnica procentowa balansu L-P) wychylając jednocześnie kończynę lewą w prawą stronę zaś kończynę prawą w lewą stronę (Odchylenie COP-ML). W chwili C osoba nie wychyla się w kierunku przód-tył (Odchylenie COP-AP) obciąża przy tym symetrycznie obie kończyny (Różnica procentowa balansu L-P) i nie wychyla na boki żadnej z kończyn (Odchylenie COP-ML).
PODSUMOWANIE Bardzo ważnym problemem zdrowotnym dotykającym nie tylko osoby w podeszłym wieku są zaburzenia równowagi skutkujące niejednokrotnie upadkami powodującymi częste powikłania [3]. Może to doprowadzić do bezpośredniego zagrożenia życia lub znacząco pogorszyć jego jakość (mniejsza sprawność, ból, lęk przed upadkami). Skutecznemu wyeliminowaniu czynników ryzyka zwiększających prawdopodobieństwo wystąpienia zaburzeń równowagi towarzyszyć musi wczesne ich wykrycie. Stanowi to jednak nie lada wyzwanie dla zajmujących się badaniem równowagi. Każdy doświadczony terapeuta zauważa jakościowe zmiany symetrii w zachowaniach ruchowych pacjenta, lecz bardzo trudno jest mu określić ich ilościową wartość. Jednym z wykładników symetrii i asymetrii jest równość lub nierówność parametrów obu stron. Do obiektywnych metod oceny zjawiska asymetrii i symetrii zalicza się wykonywanie pomiarów analogicznych parametrów obu stron oraz ich właściwe porównanie [5]. Dzięki dwuplatformowej wadze stabilograficznej, na podstawie rejestracji przebiegu punktów: COPLR oraz COPLL, można określić symetrię i asymetrię następujących wskaźników: - wielkość pola powierzchni zakreślonego przez punkty: COPLR, COPLL, - wartość obciążenia, które przypada na prawą i lewą kończynę, - prędkość poruszania się punktów: COPLR, COPLL, - maksymalne wychylenie punktów: COPLR, COPLL w kierunku AP, ML, - średnie wychylenie dla punktów: COPLR, COPLL, - długość ścieżki statokinezjogramu zakreślona przez punkty: COPLR, COPLL, - prędkość poruszania się punktów: COPLR, COPLL, - liczba wychyleń punktów: COPLR, COPLL w poszczególnych kierunkach, - procent czasu przebywania punktów: COPLR i COPLL w okręgu o zadanym promieniu, - współczynnik Romberga dla kończyn prawej i lewej. Wykonując badania takim „posturografem” można więc precyzyjnie sprawdzić czy badany symetrycznie obciąża kończyny oraz którą z nich ma bardziej stabilną. Może to okazać się istotnym elementem w badaniach zawodników różnych dyscyplin sportowych, w rehabilitacji pacjentów po udarze mózgu, czy zaopatrzonych w protezy lub endoprotezy, jak również w profilaktyce zaburzeń układu równowagi.
PIŚMIENNICTWO
STRESZCZENIE Stabilność
i symetria obciążania kończyn dolnych Mariusz Strzecha , Henryk Knapik , Paweł Baranowski , Jan Pasiak , Każdy doświadczony terapeuta zauważa jakościowe zmiany symetrii w zachowaniach ruchowych pacjenta, lecz bardzo trudno jest mu określić ich ilościową wartość. Do obiektywnych metod oceny zjawiska asymetrii i symetrii zalicza się wykonywanie pomiarów analogicznych parametrów obu stron oraz ich właściwe porównywanie. Postęp w konstrukcji urządzeń pomiarowych w stabilografii jest znaczący. Wprowadzenie do praktyki badawczej nowego urządzenia, jakim jest „dwuplatformowa waga stabilograficzna”, jest równoznaczne ze znaczącym rozszerzeniem możliwości badawczych. Urządzenie to umożliwia dokonywanie współbieżnych pomiarów odrębnego zachowania się każdej z kończyn dolnych. Daje to możliwość wykrycia istniejących asymetrii i pomiarów ich wielkości. Możliwość odrębnego badania, zachowania się każdej z kończyn dolnych jest istotną przesłanką dla trafności oceny zjawisk: równowagi, stabilności oraz symetrii obciążania kończyn dolnych badanych osób. Takie rozszerzenie możliwości pomiarowych w stabilografii przyczynić się może do weryfikacji wielu istniejących już w tej dyscyplinie poglądów. Niniejsza praca prezentuje nowe możliwości badawcze, związane z wprowadzeniem do stabilografii nowych technik pomiarowych. Omawia badania pilotażowe prowadzone dla uzyskania parametrów opisujących równowagę i stabilność oraz symetrię obciążania kończyn dolnych.
ABSTRACT Stability
and symmetry of flower extremities loading in two platform Mariusz Strzecha , Henryk Knapik , Paweł Baranowski , Jan Pasiak , Each experienced therapist notices high-quality changes of symmetry during movements of the patent’s body, but it is very difficult to him to estimate their countable value. The objective methods of measurement of symmetry and asymmetry includes measurements of the same parameters of both sides and their appropriate comparison. Development concerning constructions of measuring devices in stabilography is ongoing. Introduction to experimental practice of the new device such as „two platform stabilography scale” is equivalent with expressive expansion of experimental possibilities. Introduction to the praxis of the new device like stabilographic scale with two platforms means greater possibilities of preformed examinations. This device enables simultaneous measurement of movement for each lower extremities. That gives opportunity to detect existing asymmetries and to measure their value. The possibility of separate examination of each extremity gives vital information required by measurement of balance, stability and symmetry of the force of lower extremities of the person. Such a widening of measurement possibilities in stabilography can deeply influence on existing views and opinions as well can lead to their verification. This article presents new research possibilities connected with implementation of new measurement techniques in stabilography. It presents pilot examinations which were preformed in order to obtain parameters describing parameters of balance, stability and also symmetry of pressure force of lower extremities. |
English
