A A+ A++

dr inż. Katarzyna Jochymczyk-Woźniak

Narząd ruchu – jak obiektywnie ocenić,
czy działa prawidłowo?

       Ruch to zdrowie! To hasło słyszał z pewnością każdy z nas, i to wielokrotnie. Tylko co z tego, skoro nic z tym nie robimy albo podejmujemy próby aktywności, ale nieodpowiedzialnie… Warto pamiętać, że poziom wysiłku powinien być dopasowany do możliwości organizmu, wówczas jest efektywniejszy i co najważniejsze pomaga a nie szkodzi. Jeśli w trakcie wykonywania aktywności fizycznej określony ruch powtarzany jest w sposób nieprawidłowy, może to prowadzić do kontuzji lub pogłębienia wady układu kostno-stawowego.

    W jaki sposób i z wykorzystaniem jakich narzędzi można dokonać biomechanicznej oceny narządu ruchu, aby mówiąc kolokwialnie, ruch pomagał a nie szkodził? W jaki sposób ocenić postawę ciała, równowagę, chód czy funkcjonowanie mięśni?

    Zacznijmy od chodu i biegu, które stanowią podstawowe formy lokomocji człowieka i najczęstsze formy aktywności. Upośledzenie funkcji lokomocyjnych, a w skrajnych przypadkach brak możliwości samodzielnego, efektywnego poruszania się, może prowadzić do degradacji fizycznej, psychicznej i społecznej chorego człowieka. Badania funkcji lokomocyjnych pozwalają na poznanie mechaniki chodu, roli mięśni w kształtowaniu ruchów, koordynacji nerwowo-mięśniowej, przyczyn powstawania patomechanizmów oraz urazów w obrębie kończyn dolnych. Pomimo naturalności oraz pozornej łatwości, chód jest jedną z najbardziej złożonych czynności ruchowych życia codziennego człowieka. Wynika to ze znacznej liczby stopni swobody zaangażowanych w ruchy kończyn dolnych i górnych, przy równoczesnej redukcji większości stopni swobody w obrębie tułowia. Ponadto w dużej części cyklu chodu ciało podparte jest na jednej stopie, powierzchnia styku stopy z podłożem jest mała, co powoduje, że środek masy ciała w przeważającej części cyklu chodu rzutuje się poza obrys tej powierzchni. Podstawową rolę podczas chodu odgrywają kończyny dolne, które pełnią funkcję zarówno podporową jak i napędową. Badania, które prowadził Marloc wraz z zespołem [1] pokazują, że człowiek średnio 10% czasu w ciągu dnia spędza chodząc. W ciągu roku wykonuje 2,3 miliona kroków, co odpowiada dystansowi ponad 1600 km. Chód jest niezwykle ważną czynnością.

 

                                                                                      Jak zatem można ją badać i oceniać?

    Z pomocą przychodzi współczesna analiza ruchu, której zadaniem jest zebranie informacji cyfrowej pozwalającej na rekonstrukcję położenia segmentów ciała w przestrzeni w określonych chwilach czasowych podczas wykonywania zadania ruchowego. Aktualnie profesjonalne, komercyjne systemy analizy ruchu dzielą się na cztery grupy, tj.: systemy wykorzystujące digitalizację obrazu video (pochodzące z co najmniej dwóch kamer), systemy bazujące na informacjach o trajektoriach markerów (czynnych lub biernych umieszczonych w określonych punktach ciała osoby badanej), systemy bezmarkerowe (zbieranie informacji z kolorowego nagrania wideo odbywa się bez konieczności umiejscawiania markerów na pacjencie – punkty anatomiczne, które składają się na model wykorzystywany do obliczeń, są wyznaczane wirtualnie przez algorytm) oraz systemy elektromagnetyczne lub ultradźwiękowe. W ostatnim czasie dużą popularnością cieszą się systemy wykorzystujące czujniki inercyjne. Systemy te mają dodatkowo wbudowane akcelerometry, żyroskop oraz miernik pola magnetycznego, dzięki czemu możliwy jest pomiar we wszystkich płaszczyznach. Do dyspozycji są również systemy elektromechaniczne oraz goniometry, które pozwalają na pomiar zakresów kątów w stawach w funkcji czasu podczas wykonywania różnych czynności. Badania biomechaniczne narządu ruchu, mogą być prowadzone również za pomocą bardzo prostych urządzeń, takich jak taśma miernicza, stoper czy np. czujniki kontaktu stóp z podłożem, czyli footswich’e tzw. markery faz chodu, które składają się z dwóch oporników czułych na działanie siły. Ruch całego ciała podczas chodu, biegu, skoku czy innej czynności jest wynikiem działania sił czynnych generowanych przez mięśnie szkieletowe kończyn dolnych oraz sił biernych takich jak siły grawitacji, bezwładności oraz reakcji podłoża. Do pomiaru reakcji podłoża używa się najczęściej platform dynamometrycznych. Platformy różnią się konstrukcyjnie, materiałowo i funkcjonalnie. Na każdym rogu platformy zamocowany jest trójelementowy piezoelektryczny przetwornik siły, mierzący przenoszone składowe siły nacisku w trzech kierunkach. Platformy dynamometryczne bardzo często są synchronizowane z optycznymi systemami do analizy ruchu, ale mogą być wykorzystywane również niezależnie.  Niektóre platformy umożliwiają komputerową diagnostykę stóp, obciążenia w warunkach statycznych (stojąc, siedząc itd.) i dynamicznych oraz ocenę zdolności utrzymania równowagi podczas badań stabilograficznych. 

dni
godziny
minuty
sekundy
KJW_art

Można przeprowadzać pomiar badając wpływ obuwia na chód czy postawę. Moduł dynamiczny oprogramowania umożliwia analizę rozkładu sił nacisku stopy na podłoże w trakcie przejścia przez platformę [2].  Alternatywą są wkładki pomiarowe, które pozwalają na wyznaczenie rozkładu nacisków na stopę oraz pionowej reakcji podłoża podczas realizowania różnych form ruchu. Innym narzędziem, umożliwiającym ilościową, biomechaniczną ocenę chodu oraz postawy ciała, jest bieżnia pomiarowa. Wyposażona jest w pas transmisyjny pod którym znajduje się matryca czujników pomiarowych, z których sygnał jest w czasie rzeczywistym przesyłany do komputera. Dedykowane oprogramowanie do bieżni pozwala analizować rozkład sił nacisku na podłoże podczas chodu i stania. Pozwala na analizę poszczególnych faz chodu oraz ocenę wielu parametrów opisujących chód m.in. prędkość, długość i szerokość kroku, ułożenie stopy podczas chodu, symetrię kroku. Statyczny moduł oprogramowania pozwala dokonać analizy nacisku stóp na podłoże podczas swobodnego stania. Wyznaczana jest także zmiana położenia środka nacisku stóp na podłoże (CoP – center of pressure) w czasie – pozwala to na określenie wychwiań ciała i ocenę równowagi. 

Bieżnię można zsynchronizować z wysokiej rozdzielczości kamerą video, pomiarem EMG, może być również częścią większego systemu pomiarowego. EMG, czyli elektromiografia powierzchniowa jest badaniem funkcjonowania mięśni poprzez pomiar sygnałów elektrycznych przez nie wytwarzanych. Czyli pomiar tzw. aktywności elektrycznej mięśni. Powierzchniowe EMG jest badaniem całkowicie bezinwazyjnym, elektrody przykleja się do wyznaczonego miejsca na skórze, w zależności od badanego mięśnia. Przede wszystkim jest wykorzystywane do badania dużych mięśni znajdujących się bezpośrednio pod powierzchnią skóry. Sygnał EMG ma ogromne znaczenie w badaniach klinicznych, biomechanicznych oraz protetycznych. Ocenę izokinetyczną i izometryczną układu ruchu w oparciu o ruch czynny lub bierny tułowia lub w stawach kończyn dolnych i górnych umożliwia system pomiarowy Biodex. Wyposażony jest w dynamometry pozwalające na pomiar momentów sił mięśniowych w stawach w warunkach dynamicznych podczas pracy koncentrycznej i ekscentrycznej z możliwością zmiany prędkości wykonywanego ruchu.

      Pamiętaj, że chcąc zadbać o narząd ruchu, należy wybrać aktywność fizyczną adekwatną do możliwości organizmu.

Bibliografia

  1. Morlock M., Schneider E., Bluhm A., Vollmer M.a, Bergmann G., Muller V., Honl M.: Duration and frequency of everyday activities in total hip patients, „Journal of Biomechanics”, 2001, Volume 34, Issue 7, s. 873–881
  2. https://ehtic.eu/nasze-laboratoria/pracownia-analizy-ruchu/
Odtwórz wideo

Serce ma się tylko jedno! Dołącz do Naszego wykładu popularno-naukowego, gdzie dowiesz się jak sztuczne serce, może dać nam “nowe życie”.

Zapraszamy na wykład popularno-naukowy już 26. maja. Dołącz do Nas za pośrednictwem platformy ZOOM (identyfikator spotkania: 932 6745 2017, kod dostępu: 007971) lub zobacz transmisję wydarzenia na Youtube.

Odtwórz wideo

Z przyczyn niezależnych styczniowy wykład na temat ,,Sztuczne serce – wczoraj, dziś, ale czy jutro?” jest przełożony na późniejszy termin.

© Politechnika Śląska

Polityka prywatności

Całkowitą odpowiedzialność za poprawność, aktualność i zgodność z przepisami prawa materiałów publikowanych za pośrednictwem serwisu internetowego Politechniki Śląskiej ponoszą ich autorzy - jednostki organizacyjne, w których materiały informacyjne wytworzono. Prowadzenie: Centrum Informatyczne Politechniki Śląskiej (www@polsl.pl)

Deklaracja dostępności

„E-Politechnika Śląska - utworzenie platformy elektronicznych usług publicznych Politechniki Śląskiej”

Fundusze Europejskie
Fundusze Europejskie
Fundusze Europejskie
Fundusze Europejskie