charakteristika chůze dětí se spastickou mozkovou obrnou během šikmé chůze běžeckého pásu v prostředí virtuální Reality

Abstrakt

cíl. Zkoumat charakteristiky chůze u dětí se spastickou mozkovou obrnou během šikmé chůze běžeckého pásu v prostředí virtuální reality. Metod. Deset dětí spastické mozkové obrny (CP) a deset typicky se vyvíjejících (TD) dětí bylo požádáno, aby chodily pohodlnou rychlostí na běžeckém pásu v úrovni země a 10° nakloněné. Trojrozměrná kinematická data a data pozemní reakční síly byly zachyceny v systému rehabilitačního prostředí podporovaném počítačem. Kinetické parametry a parametry dynamické rovnováhy byly vypočteny pomocí standardního biomechanického přístupu. Test. Během chůze do kopce, obě skupiny snížily rychlost chůze a délku kroku a zvýšily sklon pánve, dorsiflexe kotníku, a flexe kyčle. Ve srovnání s dětmi TD měly děti CP sníženou rychlost chůze a délku kroku, snížený moment únosu kyčle, zvýšené procento fáze postoje, zvýšená vrcholová dorsiflexe kotníku a flexe kolena a zvýšený moment prodloužení kyčle. Úhel natočení špičkového kmene, úhel kotníku při počátečním kontaktu a délka kroku vykazovaly významný interakční účinek. Závěr. CP děti vykazovaly podobné úpravy pro většinu parametrů chůze během chůze do kopce jako děti TD. S nižší rychlostí chůze by děti CP mohly udržovat podobnou dynamickou rovnováhu jako děti TD. Chůze do kopce zvětšuje stávající abnormální vzorce chůze dětí s dětskou mozkovou obrnou. Doporučujeme, aby během tréninku běžeckého pásu se sklonem byla rychlost chůze pečlivě kontrolována v případě přílišného zlepšení špičkového zatížení kloubů.

1. Úvod

mozková obrna (CP) je neurologická porucha, která je důsledkem defektů nebo poškození nezralého mozku . Problémy způsobené CP, jako je svalová těsnost, slabost nebo spasticita, by mohly bránit muskuloskeletálnímu vývoji a vést tak k abnormálním vzorcům chůze .

zlepšení schopnosti chůze je jedním z hlavních problémů terapeutických intervencí u dětí s CP. Běžecký pás chůze byl široce používán v rehabilitaci CP dětí poskytovat opakované školení celého cyklu chůze . Systematický přehled literatury hodnotil účinnost tréninku běžeckého pásu pro děti CP . Přezkum naznačil, že trénink běžeckého pásu je pro děti CP bezpečnou a proveditelnou metodou a může zlepšit rychlost chůze a obecné hrubé motorické dovednosti. Willerslev-Olsen et al. zkoumal vliv šikmého tréninku běžeckého pásu na děti CP. Jejich studie naznačuje, že nakloněný intenzivní trénink chůze zvyšuje beta a gama oscilační pohon na motorické neurony dorsiflexoru kotníku, a proto zlepšuje zdvih prstů a stávku paty u dětí CP.

biomechanické studie včetně kinematiky, kinetiky a dynamické analýzy rovnováhy jsou užitečné pro získání vhledu do strategií nervové kontroly, důkladné pochopení abnormálních vzorců chůze a navrhování účinných terapeutických intervencí pro pacienty s CP. Kinematika se používá ke kvantifikaci abnormalit vzorců chůze . Kinetika poskytuje indikaci příčin abnormalit chůze a patologie základní svalové funkce . Zdraví lidé se mohou přizpůsobit chůzi do kopce zvýšením dorsiflexe kyčle, kolena a kotníku a tím udržováním vzpřímené polohy . Tato adaptace může být použita jako cílený trénink skupiny svalů (dorsiflexor kotníku, extenzor kolena a extenzor kyčle). Děti CP však mohou mít potíže s přizpůsobením se nakloněné chůzi kvůli zhoršené posturální kontrole nebo dynamické rovnováze.

biomechanické studie jsou omezeny na šikmý trénink chůze na běžeckém pásu u dětí CP. Několik studií zkoumalo biomechanické vlastnosti a strategie adaptace chůze dětí CP pro chůzi na šikmé rampě nebo běžeckém pásu . Tyto studie uvádějí, že děti CP se přizpůsobují nakloněné chůzi s podobnými strategiemi přizpůsobení chůze jako obvykle se vyvíjející (TD) děti, ale používají větší posturální adaptace.

podle našeho nejlepšího vědomí chybí důkladné pochopení abnormálních vzorců chůze u dětí se spastickou CP během šikmé chůze na běžeckém pásu pomocí trojrozměrné (3D) analýzy chůze včetně kinematiky, kinetiky a dynamické analýzy rovnováhy. Ve většině výše uvedených studií jsou hlášeny pouze kinematické údaje . Použití dvourozměrných (2D) pohybových kamer také ztrácí značnou přesnost měření pro tato data.

tato studie je zaměřena na komplexní zkoumání strategií přizpůsobení chůze dětí CP v běžeckém pásu na úrovni a běžeckém pásu do kopce v prostředí virtuální reality (výchozí nastavení pro počítačově asistované rehabilitační prostředí (CAREN); Motekforce Link, Nizozemsko). Studie kvantifikovala prostorově-časové parametry, 3D kinematiku, 3D kinetiku a dynamickou rovnováhu dětí CP pomocí nejmodernějších technik snímání pohybu. Předpokládali jsme, že (1) cp děti používaly podobné strategie přizpůsobení chůze jako jejich TD vrstevníci během nakloněné chůze a (2) skupina CP by měla výrazně nižší posturální stabilitu kvůli zhoršené posturální kontrole.

2. Metody

2.1. Studie Design a předměty

bylo zahrnuto deset dětí spastic CP (věk: let; výška: ; hmotnost: ) a deset dětí TD (věk: let; výška: ; hmotnost:). Charakteristiky účastníků CP jsou uvedeny v tabulce 1. Mezi oběma skupinami nejsou žádné významné rozdíly ve věku (), výšce () nebo hmotnosti ().

pacient věk
(rok)
pohlaví výška
(cm)
hmotnost
(kg)
postižená strana úroveň GFMCS Typ chůze
s 1 7 muž 125 30 L, R II Mild crouch
s 2 7 Žena 114 20 L, R I Mild crouch
S3 6 Female 131 27 L, R I Crouch
S4 8 Female 125 22.5 L, R I Mild crouch
S5 6 Male 117 21 L, R I Mild crouch
S6 7 Male 122 22.5 L, R II Mild crouch
S7 11 Male 145 37 L, R II Apparent equines
S8 10 Male 140 36 L, R II Apparent equines
S9 12 Female 146 32 L, R I Crouch
S10 11 Male 127 30 L, R II Zdánliví koňovití
zkratky: GMFCS = systém klasifikace hrubé funkce motoru; L = vlevo; R = vpravo.
Tabulka 1
charakteristika účastníků.

kritéria pro zařazení dětí CP jsou následující: (1) s diagnózou diplegic CP, (2) ve věku 6-12 let, (3) zařadil I-II do klasifikačního systému hrubé motorické funkce (GFMCS), (4) schopný porozumět a provádět pokyny, (5) nezávislí chodci bez pomoci po dobu delší než šest minut a (6) bez botulotoxinu v dolních končetinách nebo chirurgický zákrok během předchozích šesti měsíců. Kritéria vyloučení pro děti CP i TD jsou absence (1) závažných onemocnění srdce a plic a (2) poruch zrakového nebo sluchového systému. Etické schválení bylo získáno od Etické komise rehabilitačního centra Sichuan Bayi (Sichuan, Čína). Rodiče dětí podepsali formuláře souhlasu s účastí.

2.2. Instrumentace

trojrozměrná (3D) kinematika kloubů a pozemní reakční síla (GRF) byly shromážděny pomocí systému rehabilitačního prostředí s počítačovou podporou (CAREN). Systém CAREN je pohlcující systém virtuálního prostředí, který se skládá ze systému 3D snímání pohybu s dvanácti vysokorychlostními infračervenými kamerami (Vicon, Oxford Metrics, UK), běžeckého trenažéru s děleným pásem (ADAL3DM-F-COP-Mz, Tecmachine, Francie) na platformě se šesti stupni volnosti pohybu a válcového projekčního systému. Bezpečnostní postroj a boční kolejnice jsou umístěny tak, aby byla zajištěna bezpečnost a pohodlí uživatele (viz Obrázek 1). Systém Vicon motion capture zaznamenal kinematická data při vzorkovací frekvenci 100 Hz. Data silové desky byla zaznamenána se vzorkovací frekvencí 1000 Hz. Vizuální scéna je obvykle synchronizována s pohybem plošiny nebo pohybem pacienta.

Obrázek 1
systém CAREN použitý pro tuto studii.

systém CAREN je v této studii použit z důvodu následujících obav: (1) systém CAREN může provádět 3D pohyb celého těla v reálném čase, což poskytuje okamžitou zpětnou vazbu terapeutovi i pacientovi ; (2) systém CAREN může provádět experiment nakloněné chůze a shromažďovat kinematické a kinetické informace současně; (3) virtuální prostředí je reprodukovatelné a co nejblíže přirozenému prostředí ; (4) systém CAREN se ukázal jako účinný nástroj pro rehabilitaci (jako je trénink chůze , protetické přizpůsobení , trénink rovnováhy a kognitivní rehabilitace ) a výzkum biomechaniky .

2.3. Experimentální protokol

informace o fungování motoru (popsané v žebříčku GMFCS) pro CP a klasifikaci podtypů CP byly získány z lékařského záznamu každého dítěte CP. Účastníci byli před měřením plně poučeni. Každý účastník začal se seznámením tří minut na běžeckém pásu při nule a desetistupňovém nakloněném svahu (do kopce). Seznámení skončilo, dokud se účastník nepřizpůsobil podmínkám chůze s pohodlnou rychlostí chůze pro každou podmínku.

po výměně oblečení a obuvi bylo na anatomické orientační body účastníka umístěno 25 retroreflexních markerů podle definice modelu celého těla lidského těla (HBM) . Markery jsou umístěny na 10.hrudním obratli, pupku, hrudní kosti, přední nadřazené iliakální páteři, zadní nadřazené iliakální páteři, větším trochanteru, laterálním epikondylu kolena, laterálním malleolu, zadním calcanei, špičce palce, laterálním pátém metatarzálním hlavám, akromionu, laterálním epikondylu a mediálním epikondylu lokte, bočním zápěstí, mediálním zápěstí, xiphoidním procesu, 7. krčním obratle, horní části hlavy, pravé straně hlavy a horní části hlavy. levá strana hlavy.

pro segmenty trupu, pánve, stehna, dříku a nohy byly vytvořeny lokální souřadnicové systémy založené na polohách zaznamenaných markerů, které jsou uvedeny v tabulce 2 (viz další podrobnosti z ).

Segment definice systému koordinace segmentů
pánev původ střed mezi středy kyčelního kloubu
X jednotkový vektor křížového součinu mezi osou a vektorem z pravého středu kyčelního kloubu do levého středu kyčelního kloubu
Y jednotkový vektor definovaný osou a osou pro vytvoření pravostranného souřadnicového systému
Z Unit vector rovnoběžně s linií od S1 / L5 ke středu mezi středy levého a pravého ramenního kloubu
trup původ centrum hrudního kloubu
X jednotkový vektor kolmý na rovinu tvořenou osou a vektor od pravého středu ramenního kloubu k levému středu ramenního kloubu
Y jednotkový vektor definovaný osou a osou pro vytvoření pravostranného souřadnicového systému
z jednotkový vektor rovnoběžný s přímkou od S1 / L5 ke středu mezi levým a pravým centra ramenního kloubu
stehno původ centrum kyčelního kloubu
X jednotkový vektor kolmý k ose leží v globální sagitální rovině a ukazuje dopředu
Y jednotkový vektor definovaný osou a osou pro vytvoření pravostranného souřadnicového systému
z unit vector od centra kolenního kloubu po Centrum kyčelního kloubu
stopka původ centrum kolenního kloubu
X jednotkový vektor kolmý na – osa leží v globální sagitální rovině a ukazuje dopředu
Y jednotkový vektor definovaný osou a osou pro vytvoření pravostranného souřadnicového systému
z unit vector od centra kotníku k centru kolenního kloubu
noha původ subtalární kloubové centrum
X jednotkový vektor kolmý k ose leží v globální sagitální rovině a ukazuje dopředu
Y jednotkový vektor definovaný osou a osou pro vytvoření pravé ruky souřadnicový systém
z Unit vector from toe joint center to subtalar joint center
Tabulka 2
systémy koordinace segmentů.

pro každý časový rámec odběru vzorků byly souřadnice každého segmentu vzhledem k jeho proximálnímu segmentu transformovány sekvencí tří otáček vymezených třemi eulerovými úhly po flexi/prodloužení, addukci/únosu a vnitřním / vnějším pořadí.

z bezpečnostních důvodů měli účastníci postroj, který byl během experimentu připevněn ke kovovému rámu pomocí bezpečnostní linky. Každý účastník byl požádán, aby provedl statickou studii s cílem lokalizovat polohy anatomických orientačních bodů a umístění společných Center. Poté každý účastník kráčel svou pohodlnou rychlostí bez podpory zábradlí ve virtuálním prostředí (virtuální chodník) promítaném na válcové obrazovce. Data byla zaznamenána po dobu jedné minuty během chůze na běžeckém pásu. Následně byla plošina nakloněna o deset stupňů do kopce. Údaje o chůzi do kopce byly zaznamenány také po dobu jedné minuty.

2.4. Zpracování dat

studie použila komerční softwarový systém s názvem model lidského těla (HBM) , zabudovaný do D-toku systému CAREN , pro výpočet kinematiky a kinetiky. Pro kinematická data a GRF byla mezní frekvence dolnoprůchodového filtru nastavena na 6 Hz.

HBM řeší inverzní kinematický problém pomocí nelineárního problému nejmenších čtverců (1). Inverzní dynamické řešení je najít optimální pózu, která nejlépe vyhovuje datům výrobce. V rovnici (1) je 3D Poloha značky a jsou to souřadnice značky měřené systémem snímání pohybu.

HBM řeší inverzní dynamický problém pomocí typické pohybové rovnice s více těly (2).kde jsou neznámé společné momenty a síly, je matice lidské tělesné hmotnosti, je odstředivé a Coriolisovo zatížení, je gravitace a představuje vnější sílu.

Poloha středu tlaku (COP) byla měřena přístrojovým běžeckým pásem. Poloha těžiště (COM) byla vypočtena na základě naměřených kinematických dat pomocí standardního postupu popsaného Winterem, který určil celé tělo COM na základě COM z jednotlivých segmentů těla . Oddělení COP-COM ve směru přední-zadní (AP) a střední-laterální (ML), vzdálenost mezi COM a COP ve směru AP a ML, byla vypočtena tak, aby představovala dynamickou rovnováhu během chůze . Obstarávat jak levotočivé, tak pravotočivé zkoušky, oddělení COP-COM ve směru ML je pozitivní pro všechny stezky. Tyto pozitivní hodnoty odrážejí vzdálenost nohou, které byly umístěny na obou stranách COM ve směru ml. Průměrná separace COP-COM ve směrech AP a ML je normalizována na délku nohy každého účastníka, aby bylo možné srovnání mezi subjekty. Za předpokladu, že obě nohy mají stejné délky, byla délka nohy vypočtena jako vzdálenost mezi středem levého kyčelního kloubu a středem levého kotníku během statického pokusu.

2.5. Statistická analýza

byly analyzovány prostorově-časové, kinematické, kinetické údaje a parametry dynamické rovnováhy. Nízká spolehlivost a velké chyby byly hlášeny pro úhly příčné roviny kyčle a kolena a úhly čelní roviny kolena zaznamenané systémy 3D motion capture . Tyto parametry nebyly do této studie zahrnuty.

pro analýzu bylo vybráno osm cyklů chůze od každého účastníka za každé podmínky chůze. Shapiro-Wilkův test byl proveden za účelem testování normálnosti dat. Pro analýzu prostorově-časových, kinematických a dynamických parametrů rovnováhy pomocí SPSS 22.0 byla použita obousměrná analýza rozptylu (ANOVA) (). Pro kinetické parametry (společné momenty) byla použita obousměrná ANCOVA () s rychlostí jako kovariát. Statisticky významný rozdíl byl přijat jako . Eta na druhou () se používá jako měřítko velikosti efektu. 0,01, 0,06 a 0,14 znamená malý účinek, mírný účinek a velký účinek .

3. Výsledky

3.1. Prostorové časové parametry

jak je uvedeno v tabulce 3, je zjištěn významný rozdíl v rychlosti chůze mezi dětmi CP a TD (,). Obě skupiny snížily rychlost chůze při chůzi do kopce (,). Interakční účinek rychlosti chůze () nedosahuje statistické významnosti. Délka kroku dětí CP je kratší než u dětí TD (,). Obě skupiny výrazně snížily délku kroku během chůze do kopce (,). Existuje významný rozdíl v interakčním účinku (, ) délky kroku.

parametry úroveň do kopce (+10 stupňů) hodnota ANOVA
CP TD CP TD skupina stav chůze interakce
Střední SD Střední SD Střední střední SD Střední Střední střední střední
rychlost (m / s) 0.42 0.16 0.64 0.06 0.32 0.14 0.58 0.07 <0.01 <0.01 0.494
délka kroku (m) 0.52 0.19 0.68 0.12 0.39 0.16 0.65 0.14 0.003 <0.01 0.001
šířka kroku (m) 0.09 0.02 0.12 0.04 0.09 0.03 0.11 0.04 0.05 0.135 0.199
Fáze postoje (%) 71.12 4.23 66.2 0.92 73.95 3.5 67.49 1.07 <0.01 <0.01 0.063
špičková flexe trupu(°) 8.12 4.07 6.01 1.85 7.21 4.32 4.56 3.1 0.069 0.228 0.779
rozšíření špičkového kmene (°) -2.7 2.75 -0.16 1.38 1.06 4.48 0.62 3.85 0.375 0.026 0.132
rotace vrcholového kmene(°) 4.84 8.90 4.96 6.67 2.86 8.53 9.21 5.23 0.493 0.224 0.017
boční flexe špičkového kmene (°) -2.30 6.92 6.36 2.50 8.28 6.01 4.50 3.66 0.226 0.241 0.47
Peak pelvic anterior tilt (°) 12.46 5.2 12.93 4.35 26.07 6.94 26.3 7.38 0.88 <0.01 0.865
Peak pelvic posterior tilt (°) 7.34 4.49 8.9 4.48 21.01 7.13 21.9 7.7 0.593 <0.01 0.682
Peak pelvic oblique (°) -2.88 7.28 -2.53 3.29 -5.86 7.55 -5.47 4.30 0.95 <0.01 0.941
špičková flexe kyčle(°) 39.81 9.32 38.91 7.33 49.65 11.4 52.5 10.26 0.786 <0.01 0.292
rozšíření špičkového kyčle (°) 6.62 7.62 3.36 6.61 11.28 7.26 7.16 8.36 0.182 <0.01 0.684
Peak hip únos (°) 9.98 10.18 9.85 3.77 8.47 9.36 6.33 2.96 0.816 0.026 0.28
vrcholová adukce kyčle (°) 2.74 16.79 4.62 4.99 1.30 11.20 5.18 5.03 0.581 0.761 0.459
špičková flexe kolena během LR (°) 27.15 6.43 20.54 9.95 44.63 6.7 34.66 10.09 <0.01 <0.01 0.333
vrchol knoflík ohýbání (°) 60.74 8.11 65.63 11.18 60.58 7.72 67.06 5.44 0.044 0.546 0.454
rozšíření špičkového knoflíku (°) 12.75 6.9 4.23 4.8 14.61 7.24 10.49 6.57 <0.01 <0.01 0.063
Střední SD Střední střední Střední SD SD SD Sd Sd Sd Sd
Peak ankli dorsiflex (°) 17.55 6.53 11.86 3.59 24.18 5.81 18.64 4.3 <0.01 <0.01 0.932
Peak inhuman plant (°) -5.58 7.62 -14.27 6.14 2.73 7.36 -9.57 6.64 <0.01 <0.01 0.174
flexe kolena při IC (°) 23.49 7.86 6.93 6.01 43.88 6.21 26.74 13.21 <0.01 <0.01 0.878
Kotník sagitální úhel na IC (°) -1.14 8.18 -5.43 4.6 11.31 7.05 1.46 5.82 <0.01 <0.01 0.004
maximální moment prodloužení kyčle (/kg) 0.54 0.18 0.36 0.09 0.79 0.19 0.55 0.15 <0.01 <0.01 0.395
špičkový moment flexe kyčle (/kg) -0.17 0.07 -0.16 0.07 -0.10 0.05 -0.08 0.04 0.398 <0.01 0.852
špičkový moment únosu kyčle (/kg) 0.44 0.21 0.62 0.12 0.39 0.14 0.54 0.09 0.018 0.113 0.596
špičkový moment únosu kolena (/kg) 0.11 0.05 0.10 0.05 0.12 0.06 0.15 0.08 0.898 0.066 0.179
špičkový moment adukce kolena (/kg) 0.11 0.11 0.12 0.11 0.11 0.13 0.12 0.11 0.737 0.78 0.962
první vrcholový moment prodloužení kolena (/kg) 0.14 0.16 0.15 0.08 0.09 0.12 0.23 0.15 0.032 0.657 0.057
Peak koleno flexe moment (/kg) -0.24 0.14 -0.22 0.19 -0.24 0.15 -0.25 0.11 0.908 0.423 0.584
první ohybový moment kolenního vrcholu (/kg) -0.23 0.15 -0.19 0.11 -0.23 0.16 -0.24 0.13 0.82 0.368 0.392
špičkový moment plantarflexe kotníku (/kg) 0.76 0.26 0.99 0.19 0.74 0.16 0.91 0.21 <0.01 0.255 0.545
špička kotníku dorsiflex momentum (/kg) -0.05 0.06 -0.09 0.05 -0.02 0.01 -0.06 0.03 <0.01 0.01 0.996
COM-COP přední vzdálenost (m) 0.12 0.05 0.14 0.05 0.03 0.04 0.06 0.05 0.077 <0.01 0.838
COM-COP zadní vzdálenost (m) 0.09 0.08 0.22 0.19 0.14 0.14 0.27 0.13 0.088 0.092 0.764
COM – cop střední vzdálenost (m) 0.15 0.04 0.15 0.02 0.16 0.04 0.14 0.02 0.696 0.628 0.555
com-COP boční vzdálenost (m) -0.09 0.04 -0.04 0.04 -0.08 0.07 -0.03 0.03 0.07 0.32 0.624
zkratky: LR = reakce na zatížení; IC = počáteční kontakt; CP = dětská mozková obrna; TD = typicky se vyvíjí.
Tabulka 3
Popisná statistika pro klíčové proměnné chůze dětí CP a TD ve dvou podmínkách Chůze (Chůze na úrovni a do kopce) a výsledky obousměrné ANOVA pro rozdíly ve skupině (děti CP nebo TD), stav chůze a interakce.

děti CP vykazují výrazně delší fázi postoje ve srovnání s dětmi TD (,). Obě skupiny zvyšují procento postoje během chůze do kopce ve srovnání s chůzí na běžeckém pásu (,), s významným interakčním účinkem (,).

3.2. Kinematika kloubů a dynamická rovnováha

jak je uvedeno v tabulce 3, děti CP a TD zvyšují při chůzi do kopce maximální sklon pánve (, ). Děti CP a TD mají při chůzi do kopce menší sklon pánve (, ), šikmý vrchol pánve (,) a menší prodloužení kmene (,). Kinematická data ukazují významné rozdíly pro únos špičkového kyčle během fáze houpání (,), špičková flexe kyčle (,) během fáze houpání a snížené prodloužení špičkového kyčle během fáze postoje (,) během chůze do kopce v obou skupinách. Ve srovnání s chůzí na běžeckém pásu má chůze do kopce výrazně menší vzdálenost mezi COM a COP ve směru anterior-posterior (AP) (,).

CP děti chodí s nižším úhlem ohybu kolenního kloubu během fáze houpání než děti TD (,). Obě skupiny ohýbají koleno více při chůzi do kopce (, ). Existuje významný interakční účinek (, ). Při počátečním kontaktu má CP větší flexi kolena než TD (,). Obě skupiny zvyšují špičkovou flexi kolene během fáze reakce na zátěž při chůzi do kopce (, ).

neexistuje žádný významný interakční účinek při vrcholové dorsiflexi kotníku. Obě skupiny zvýšily špičkovou dorsiflexi kotníku během fáze postoje při chůzi do kopce (, ). CP děti vykazují sníženou špičkovou plantarflexi ve srovnání s TD dětmi během fáze houpání (,). CP i TD snižují svou špičkovou plantární flexi během fáze postoje a fáze houpání při chůzi do kopce (, ). CP má vyšší dorsiflexi kotníku než TD při počátečním kontaktu. Významné rozdíly dorsiflexe kotníku při počátečním kontaktu jsou identifikovány v hlavním účinku pro skupinu (,), stav chůze (,) a interakční účinek () (,). Úhel natočení vrcholu kmene vykazuje významný interakční účinek (,).

3.3. Kinetika kloubů

jak je uvedeno v tabulce 3, děti CP i TD snižují moment flexe kyčle během fáze postoje při chůzi do kopce (, ). CP děti mají větší vrcholový moment prodloužení kyčle než TD děti (, ) během fáze postoje. Hlavní účinek na stav chůze také ukazuje, že špičkové momenty prodloužení kyčle během fáze postoje se zvýšily při chůzi do kopce (, ). Špičkový moment flexe kolene a moment prodloužení během fáze postoje nevykazují významně hlavní účinky ve skupině a stavu chůze. CP děti mají nižší vrchol kotníku dorsiflexe moment ve fázi postoje než TD děti (, ). Dolní vrcholové dorsiflexní momenty kotníku ve fázi postoje se vyskytují jak u CP, tak u TD dětí během chůze do kopce ve srovnání s chůzí po rovině (,). CP děti mají ve fázi postoje ve srovnání s TD dětmi (,) snížené vrcholové momenty plantarflexe kotníku. Významné rozdíly mezi skupinami jsou pozorovány pro vrcholový moment únosu kyčle ve fázi postoje (,).

4. Diskuse

studie je zaměřena na zkoumání charakteristik chůze během šikmé chůze na běžícím pásu v systému počítačově asistované rehabilitační prostředí (CAREN) u dětí s CP. Systém CAREN, který se používá v naší studii, je vhodný pro kognitivní a fyzický rehabilitační trénink nebo hodnocení díky své schopnosti vytvářet realistická prostředí a shromažďovat multisenzorická výzkumná data. Studie o posturálním kontrolním tréninku v systému CAREN ukazují, že jediné školení stačí ke spuštění adaptačního procesu rovnováhy a mezi subjekty, které se účastní virtuálního prostředí, a těmi, kteří tak neučiní, neexistuje žádný výrazně odlišný posun COP . Znaky chůze včetně časově-prostorových parametrů a kinematiky při chůzi na běžícím pásu pomocí systému CAREN a po zemi nemají žádný významný rozdíl. Vizuální poruchy nejsou zapojeny do našeho návrhu experimentu. Charakteristiky chůze jsou tedy srovnatelné s jinými studiemi, které nepoužívají virtuální prostředí.

naše výsledky ukazují, že děti CP měly při chůzi do kopce významné změny chůze v několika prostorově-časových, kinematických a kinetických parametrech. Mezi změněné charakteristiky chůze patří snížená rychlost chůze a délka kroku a zvýšený sklon pánve, dorsiflexie špičkového kotníku (během fáze postoje), flexe kyčle a flexe kolena(během fáze postoje). Rovněž jsou pozorovány snížené únosy špičkového kyčle ve fázi houpání a zvýšené šikmé úhly vrcholové pánve. Obecně platí, že děti CP vykazují podobné úpravy chůze jako děti TD při chůzi do kopce.

tato strategie úpravy chůze souhlasí s výsledky předchozích studií využívajících zdravé účastníky,což ukazuje, že zdraví dospělí chodící po svahu zvýšili flexi kyčle, flexi kolene a dorsiflexi kotníku ke zvýšení vůle prstů. Je však třeba poznamenat, že během chůze na běžeckém pásu měly děti s CP patologický vzor chůze s větší flexí kolena a dorsiflexí kotníku během fáze postoje ve srovnání s TD dětmi(viz Obrázek 2). Chůze do kopce vyžaduje více flexe kolena a dorsiflexe kotníku během fáze postoje a zvyšuje závažnost patologické chůze.

Obrázek 2
Střední společné úhly a společné momenty pro CP a TD při chůzi na úrovni terénu a chůzi do kopce (pevná černá čára: chůze na úrovni TD; přerušovaná černá čára: chůze do kopce TD; plná červená čára: chůze na úrovni CP; přerušovaná červená čára: chůze do kopce CP).

úhel kotníku při počátečním kontaktu (IC) vykazoval významný interakční účinek. Interakční účinek znamená, že chůze po svahu ovlivnila dorsiflexi kotníku na IC více u CP než u dětí TD a ovlivnila prodloužení kolena méně u CP než u dětí TD. Rozdíl může být způsoben spasticitou svalů, omezením rozsahu pohybu ve skupině CP a adaptační schopností dětí CP a TD pro různé podmínky chůze. Kromě toho, chůze do kopce vyžaduje značné úsilí k pohonu těla nahoru. Předchozí výzkum ukazuje, že ve srovnání s stavem chůze na běžeckém pásu je při chůzi do kopce stejnou rychlostí výrazně vyšší moment prodloužení kyčle, vrcholový moment prodloužení kolena a vrcholový moment flexe kotníku . Naše výsledky ukazují, že neexistují žádné významné rozdíly ve špičkovém momentu prodloužení kolena a špičkovém momentu flexe kloubu kotníku pro obě podmínky chůze. Toto zjištění může být způsobeno pomalejší rychlostí chůze pro chůzi do kopce, což lze vysvětlit jako strategii ke snížení zatížení kloubů .

v čelní rovině je pozorován významný rozdíl mezi skupinami pro moment únosu kyčle. To se očekává, protože TD děti mají širší kroky, což má za následek větší momentové rameno pozemních reakčních sil. Zjistili jsme, že chůze do kopce má také za následek větší šikmé úhly pánve a snížené úhly únosu kyčle ve srovnání s chůzí na běžeckém pásu, což může být strategie k udržení rovnováhy ve směru mediálně-laterální (ML), protože tyto změny budou pohybovat COM blíže k COP ve směru ml. Kromě toho úhel natočení kmene vykazuje významný interakční účinek. To znamená, že chůze do kopce ovlivnila rotaci kmene více V TD než v CP. Očekává se, že další výzkum prozkoumá faktory přispívající ke strategiím pohybu kmene během chůze po svahu.

ve srovnání s chůzí na běžeckém pásu má chůze do kopce výrazně menší Vzdálenost v předním směru. Významný rozdíl může být způsoben menším úhlem sklonu při chůzi do kopce . Pro vzdálenost COP-COM v bočním směru není identifikován žádný rozdíl mezi skupinami. Tyto výsledky jsou trochu překvapivé vzhledem k tomu, že u dětí s CP se uvádí, že mají větší posuny COP a COM ve středním laterálním směru . To může být také ovlivněno rychlostí COM ve směru ml.

podle nejlepších znalostí autorů je to poprvé, co byla pro děti CP provedena komplexní 3D kinematika a kinetika, jakož i dynamická analýza stability (s výjimkou některých úhlů v příčných rovinách) při chůzi po svahu v prostředí virtuální reality.

naše nálezy mají některé klinické důsledky. Jak je patrné z obrázku 2, CP děti potřebují generovat další Kotník plantární flexe moment během rané fáze postoje s přikrčeným postojem (nadměrná dorsiflexe kotníku a flexe kolena). Toto zjištění souhlasí s Hösl et al. , který pozoruje zvýšenou aktivaci lýtkových svalů u dětí CP během rané fáze postoje. Biomechanická studie ukazuje, že maximální síla kolenního kloubu by mohla být větší než šestinásobek tělesné hmotnosti pro těžkou chůzi . Přikrčená chůze může také způsobit bolest kloubů a snížit schopnost chůze . Ve studii s obézními pacienty se ukázalo, že chůze do kopce s pomalejší rychlostí by mohla snížit zatížení kloubů (maximální prodloužení kolena a addukční momenty) . Navrhujeme, aby během tréninku běžeckého pásu se sklonem byla rychlost chůze pečlivě kontrolována tak, aby se maximální zatížení kloubů příliš nezvyšovalo. Použití částečného systému podpory hmotnosti během tréninku na běžeckém pásu může snížit určité zatížení kloubů u pacientů.

studie o jednotlivých měřítcích celkové patologie chůze , jako je index odchylky chůze (GDI), skóre profilu chůze (GPS) a profil analýzy pohybu (MAP), prokázaly svou účinnost v klinických scénářích. Taková výsledná opatření by mohla posoudit celkovou závažnost chůze nebo vyhodnotit celkový výkon intervence, kterou pacient obdržel za účelem zlepšení schopnosti chůze. Je zapotřebí další studie k prozkoumání celkové patologie chůze u dětí CP během nakloněné chůze v prostředí virtuální reality pomocí indexu, jako je GPS nebo mapa.

studie má malou velikost vzorku s deseti účastníky v každé skupině. Skupina CP také nerozlišuje mezi kroucenými chůzemi se zjevnými koňovitými. Tyto problémy do jisté míry ovlivňují statistickou moc. Studie s větší velikostí vzorku jsou nutné k svědectví těchto výsledků a ke zkoumání vztahu mezi patologickými vzory chůze, funkce chůze, GFMC, spasticita, svalová síla, a dynamická rovnováha během nakloněné chůze nebo jiná různá prostředí v každodenním životě.

5. Závěr

CP děti vykazovaly podobné úpravy chůze při chůzi do kopce v prostředí virtuální reality jako děti TD. CP děti mohly udržovat podobnou dynamickou rovnováhu s nižší rychlostí chůze při chůzi do kopce. Chůze do kopce zvětšuje stávající abnormální vzorce chůze dětí CP. Během tréninku běžeckého pásu se sklonem by měla být rychlost chůze pečlivě kontrolována v případě přílišného zlepšení špičkového zatížení kloubů.

dostupnost dat

údaje, které podporují zjištění této studie, jsou k dispozici na vyžádání od odpovídajícího autora, Ye Ma. Data zatím nejsou veřejně dostupná kvůli nedostatečnému rozvoji systému a etice projektu.

střet zájmů

autoři prohlašují, že nemají žádný střet zájmů.

příspěvky autorů

Ye Ma a Yanxin Zhang přispěli k koncepci a designu, stejně jako k vypracování článku. Yali Liang, Xiaodong Kang a Lilja Siemelink jsou odpovědné za zpracování a navrhování dat. Yanxin Zhang a Ming Shao jsou zodpovědní za celkový obsah a jsou ručiteli.

poděkování

tato studie byla podpořena Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China (velké číslo LQ19A020001), Ningbo Natural Science Foundation (velké číslo 2018A610193), rehabilitační centrum Sichuan Bayi a Motekforce Link. Tato studie byla také podpořena fondem K. C. Wong Magna na univerzitě Ningbo. Autoři by rádi poděkovali Jing Zhang a Ruisong Liao za pomoc při sběru dat.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.