VIBRACE: NEUROFYZIOLOGICKÉ ASPEKTY A MOŽNOSTI KLINICKÉHO VYUŽITÍ

Souhrn

Vibrace má v medicíně více forem a účinků. Prezentujeme mechanickou vibraci jako stimul primárních zakončení silně myelinizovaných aferentních vláken svalového vřeténka. V rehabilitaci (fyzioterapii) využíváme zejména lokální vibraci svalů. Vibrace aplikovaná na sval může vyvolat jeho kontrakci - tonický vibrační reflex. Vibrací můžeme také ovlivnit vnímání polohy končetiny až na kortikální úrovni. Můžeme tak experimentálně testovat propriocepci. Celotělové aplikace vibrace jsou přes současnou popularitu stále problematické a při déletrvající aplikaci nelze vyloučit zvýšené riziko poškození zdraví.

Klíčová slova:
vibrace, elektromyografie, EMG, svalové vřeténko, kontrakce sval

1. ÚVOD

V medicíně považujeme za významné především nežádoucí vlivy vibrace na lidský organismus. Termínem označujeme rytmický či kmitavý pohyb hmotných těles, přesněji pohyb tzv. mechanického kontinua, jehož jednotlivé body kmitají kolem rovnovážné pozice s určitou frekvencí, amplitudou, rychlostí a dalšími parametry. Nejčastěji se zkoumá negativní vliv zevních vibrací na člověka, které mají náhodný charakter a utváří je více frekvenčních složek. Současně je zřejmé, že problematika vibrací je mnohem rozsáhlejší a zcela jistě nejde pouze o „nežádoucí vliv“ vibrací na zdraví člověka.

Vnímání vibrace naším organismem je ovlivněno mnoha okolnostmi, jde o komplexní vjem, zprostředkovaný hierarchií receptorů a dalších struktur i funkčních systémů nervového aparátu. Metodicky rozlišujeme celkové a lokální působení vibrací. Z mnoha neurofyziologických experimentů ale víme, že i lokální aplikace vibrace má nutně celkový vliv na organismus. Někdy se stává až psychologickým fenoménem. V současné době můžeme pozorovat dokonce komercializaci tzv. „léčebného“ vlivu celkových vibrací.

Přitom s ohledem na klinické využití vibrace v medicíně byla provedena řada experimentů, zkoumajících především mechanismy skryté za svalovou kontrakcí nebo změněným vnímáním polohy.

Ve sdělení rekapitulujeme známé mechanismy působení vibrace na lidský organismus, především od působení na sval, od neurofyziologického podkladu až po konečný účinek. V tomto smyslu dále prezentujeme vibraci jako mechanický povrchový stimul kosterních svalů.

2. NEUROFYZIOLOGICKÉ ASPEKTY PŮSOBENÍ VIBRACE

Fyziologický účinek vibrace na muskulotendinózní tkáně pohybové periferie je komplexní, můžeme jej experimentálně detekovat v jednotlivých etážích od svalového vřeténka až po korovou projekci. To současně nabízí využití vibračního stimulu v klinické diagnostice a terapii pohybových poruch.

2. 1 Rekapitulace neurofyziologických aspektů působení mechanické vibrace

Mechanická vibrace aplikovaná povrchově na kosterní sval může působit také pouze izolovaně na primární anulospirální zakončení svalového vřeténka (obr. 1). Tato silně myelinizovaná vlákna (typ A-alfa podle Erlangera a Gassera, typ Ia ve stále příjímané terminologii podle Lloyda) vedou aferentní informace o rychlých dynamických změnách délky svalu a současně o relativně dlouhodobějších posturálních (tonických) změnách délky svalu v určitém pohybovém segmentu.

Změny délky svalu způsobí přechodné snížení klidového napětí v těchto aferentních vláknech, vzniká tzv. receptorový (generátorový) depolarizační potenciál. Depolarizační změna může mít dobu trvání až několik milisekund a amplitudu 0,1, ale také až 10 mV podle velikosti a rychlosti změny délky svalu. Vzniklá depolarizace se šíří po nervovém vlákně, její velikost se postupně snižuje důsledkem narůstajícího odporu. I malý potenciál se však může „načítat“ s časově předcházejícími potenciály a ve spouštěcí zóně aferentního vlákna (na začátku myelinové pochvy) pak může hodnota depolarizace přesáhnout prahovou hodnotu přibližně 20 mV. V tom případě ovšem vzniká akční potenciál. S mnohem větší hodnotou změny membránového napětí, která se šíří po myelinovém vláknu rychlostí 70 až 120 m/s a prakticky bez omezení amplitudy, protože se v navazujících úsecích myelinizovaného vlákna stále obnovuje (1, 2, 3).

Fyziologické okolnosti vzniku akčního potenciálu tak dobře korespondují s možností stimulace proprioceptivní aference „velmi malými“ vibracemi. Je to právě určitá kombinace časových parametrů mechanické vibrace, které jsou příčinou „specifického účinku“ vibrace především na anulospirální oblast svalového vřeténka (4, 5, 6).

2. 2 Neurofyziologické experimenty s působením vibrací na svalové vřeténko

Je prokázané, že právě primární zakončení svalových vřetének jsou vysoce senzitivní i na nepatrné protažení svalu (4, 6). Například Latash zdůrazňuje, že Ia aferentní vlákna jsou extrémně citlivá na provokované změny délky svalu o nízké amplitudě (1 mm), ale poměrně vysoké frekvenci (100 Hz) (5). Tím, že vibrace působí na svalové vřeténko, ale současně vlastně také „narušuje“ informaci vedenou Ia aferentními vlákny z vibrovaného svalu, může být centrálním nervovým systémem (dále CNS) vibrace v konečném důsledku analyzována a interpretována také jako informaceo narůstající délce svalu (7, 8, 9).

Informace z Ia aferentních vláken se projikují do kortikálních center a signály vnímané svalovým vřeténkem jsou vesměs uvědomované. Subjektivní vnímání pohybu vibrovaného segmentu jako by šlo o skutečný pohyb je důkazem toho, že je to primárně excitace aferentních vláken co informuje mozek o protažení svalu. A nikoli vlastní fyzické protažení svalu. Směr a rychlost pohybu mozek vyvodí na základě měnící se frekvence výbojů v Ia aferentních vláknech, která narůstá během protahování svalu (8, 9, 10).

Vliv vibrace je mnohem zřetelnější, pokud má proband během vyšetření zavřené oči. V experimentech s aplikací vibrace na Achilovu šlachu například subjektivní iluze změny délky trojhlavého bércového svalu působením vibrace vedla až k pádu probandů směrem dozadu (9). Tento iluzornídélkovýefekt vibračního stimulu je mnohem větší, pokud se vibrace aplikuje až na protažený sval (10).

V podobných experimentech bylo rovněž dokumentováno, že subjekty často vnímaly pozici končetiny v anatomicky abnormní nebo dokonce nereálné pozici. Když byly například vibrovány extenzory zápěstí, probandi popisovali vnímanou extenzi v zápěstí jako nezpochybnitelný kontakt hřbetu ruky a dorzální strany předloktí (11).

Podobné experimentální výsledky současně naznačují, že kortikální senzorická centra nevnímají polohu na základě předešlé zkušenosti založené na předcházejících senzorických informacích, ale že se mnohem více přizpůsobují momentálnímu senzorickému vjemu. A stejně tak, že subjektivní vnímaní polohy končetiny během vibrace není omezené reálnými možnostmi lidské morfologie.

Změněné vnímání polohy během lokální vibrace dále souvisí s ještě dalším senzorickým vjemem, s hmatem. Pokud si například testovaný subjekt drží nos během vibrace dvojhlavého pažního svalu, má subjektivní pocit prodlužování vlastního nosu. V tomto případě dostává mozek senzorické informace o kožním kontaktu mezi rukou a nosem a zároveň informace ze svalového vřeténka, že je ruka protahována. Mozek si tyto senzorické informace „vyloží“ jako trvající prodlužování nosu (11).

Výše zmíněné poznatky ukazují, že subjektivní vnímání polohy a pohybu končetiny vychází až z výsledné interakce mezi různými aferentními informacemi jako jsou propriocepce, zrak a hmat.

K zajímavým výsledkům dospěl ve své studii Naito. Zaměřil se na hodnocení mozkové aktivity během domnělého pohybu použitím vibrace, aby bylo možno určit oblasti v mozku, které dostávají a zpracovávají kinestetické aferentní informace. Během vibrace byla hodnocena pozitivní emisní tomografií aktivita kontralaterálních primárních motorických oblastí (M1), dorzálního premotorického kortexu a primárního somatosenzorického kortexu. Přitom žádná z těchto oblastí nebyla aktivována v případech, kdy vibrace iluzi pohybu nevyvolala. Nejsilnější aktivita domnělého pohybu paže byla lokalizována do kontralaterální M1 oblasti i přesto, že se subjekty nesnažily pohybovat končetinou, vibrovaná paže se vůbec nehýbala a nedošlo k žádné elektromyografické aktivitě v antagonistu pro domnělý pohyb. To naznačuje, že buňky M1 odpovídají na aferentní informaci ze svalového vřeténka během vibrace šlachy a že aktivita M1 se může podílet při vnímaní protažení vibrovaného svalu. Naito navíc popírá hypotézu, že informace ze svalových vřetének jdou z thalamických jader nejdřív do somatozenzorické oblasti. Uvádí, že část informací ze svalových vřetének jde z thalamických jader přímo do primární motorické oblasti (12).

2. 3 Tonický vibrační reflex

Vibrace aplikovaná na sval vyvolá kontrakci svalu. Jedná se o tzv. tonický vibrační reflex (TVR). Neurální okruh pro tento reflex je na míšní úrovni stejný jako okruh pro monosynaptický vřeténkový reflex. Tonický vibrační reflex ale kromě toho zahrnuje i cesty polysynaptické, jak je zřejmé již z výše uvedených skutečností (10).

Elektromyografický záznam (EMG) z vibrovaného svalu se podobá náboru motorických jednotek během volní kontrakce. S tím rozdílem, že motorické jednotky se aktivují synchronně s kmity vibračního stimulu. Zvýšení amplitudy vibrace zvyšuje protažení svalu, ale TVR je tím větší, čím je vyšší frekvence vibrace (9).

Souhrnně je účinek vibrace závislý na umístění vibrátoru, na počáteční délce svalu, na úrovni excitability CNS a na parametrech vibračního stimulu (obr. 2) (13, 14, 15, 16). Sumarizaci obdobných parametrů vibrační stimulace uvádíme v tabulce 1.

3. MOŽNOSTI VYUŽITÍ VIBRAČNÍHO STIMULU V MEDICÍNSKÉ PRAXI

Vibrační stimul můžeme aplikovat lokálně, v klinických podmínkách na dobře palpovatelné bříško nebo na šlachu kosterního svalu. Celkové se vibrační stimulace realizují prostřednictvím vibrační plošiny, kdy je vibrováno celé tělo a výsledná interpratace probandem je nutně po-lysenzorická. Je samozřejmě otázkou, nakolik jde v těchto případech o „cílenou terapii“.

3. 1 Možnosti lokálního vibračního stimulu v medicínské praxi

V praxi bývá lokální vibrace využita nejčastěji s cílem zlepšit motorické funkce hypofunkčního svalu opakovaným vyvoláním tonického vibračního reflexu (17). Lokální vibrace se v praxi používá také u spastických nemocných. Jednak pro hodnocení spasticity a za druhé při terapii spasticity, zjednodušeně cestou reciproké inhibice vibrací antagonistického svalu dochází k inhibici hypertonického svalu (13).

Využitím vibrace jako cíleného aferentního stimulu se v 60. letech minulého století první zabývali Eklung a Hagbarth (10, 17). Uvedli, že snížená aktivace proprioreceptorů, např. na podkladě snížené schopnosti pohybu při progresivní neuromuskulární nemoci, vede k částečné funkční deaferentaci a má tak vliv na centrální stav mozkové aktivity. Vzruchová aktivita v Ia aferentních vláknech, která se generuje během vibrace kosterních svalů, vede k „dokonalé iluzi“ současného pohybu a aktivují se tak oblasti v parietálním a v temporálním laloku. Podle jejich úvah bychom podobným způsobem mohli te-rapeuticky přispět k „uchování funkcí“ periferního a senzorického nervového systému dlouhodobě imobilizovaných nemocných. Současné klinické experimenty s funkční magnetickou rezonancí a pozitivní emisní tomografií CNS podobným konstrukcím zčásti odpovídají (18, 19).

Pozdější studie s vibrací aplikovanou lokálně na sval a svalovou šlachu v různě proměnlivých situacích také přinesly další konkrétnější, ale pro praxi problematičtější poznatky. Například déletrvající expozice vibračního stimulu (déle jak 30 sekund) vedou spíše ke snížení následující volní aktivace svalu a tedy spíše ke snížení klinicky chápané „svalové výkonnosti“. Pozitivní efekt zlepšení „motorické výkonnosti“ v souvislosti s vibrací konkrétního svalu rozhodně není přímočarý a lineární proces (20, 21, 22).

3. 2 Možnosti celkového vibračního stimulu v medicínské praxi

V současné době můžeme v elektronických médiích najít množství nejrůznějších informací o využívání celotělových vibrací pro zlepšení funkcí organismu. Celotělová vibrace (whole-body vibration, WBV)se stala atraktivním „zbožím na trhu“, doplňující nebo dokonce nahrazující jinou léčbu, fyzioterapii, individuální cvičení a trénink.

Většina nabízených indikací a účinků celotělové vibrace je však vesměs paliativní až mlhavá. Vychází z předpokládaných a vždy zjednodušujících účinků, nejsou dostupné argumentované výsledky kontrolovaných experimentů. Do této kategorie patří laicky lákavé prezentace WBV jako zaručené léčby „celulitidy“, bolestí zad, stresové inkontinence, ale také dyslexie, poruch růstu a podobně.

Konzistentnější jsou poznatky o působení celotělové vibrace na funkce neuromuskulárního systému. V těchto souvislostech se terapeutické a regenerační účinky celotělové vibrace vyjadřují hlavně parametry zlepšení svalové síly, rychlosti a koordinace pohybu. První studie o podobných účincích celotělové vibrace navazovaly na již uvedené práce Eklunga a Hagbarga, kteří první prezentovali vibrační tonický reflex (10). Podobný fenomén, prokazatelně vyšší aktivace svalu v důsledku vibrační stimulace svalové šlachy, se však u celotělové aplikace vibrace nepotvrdil v žádné z dalších studií. Spíše naopak, většina experimentů prokázala následně menší schopnost volní i reflexní aktivace svalu. Neurofyziologická vysvětlení jsou samozřejmě pouze spekulativní. Například výsledky studie, prezentující „spíše zhoršenou“ ko-aktivaci kolemkloubních agonistů a antagonistů při celotělové vibraci, autoři diskutují aspektem reciproční inhibice: Set aferentních vzruchů ze svalového vřeténka agonisty excituje homonymní motoneurony stejného svalu, ale současně interneurony inhibují motoneurony antagonistických svalů (23).

Studie z posledních let vesměs dokumentují sporný nebo žádný terapeutický efekt celotělové vibrace na „komplexní neuromuskulární funkce“ (koordinace, denní aktivity). Naopak upozorňují na zjevné narušení do té doby dosažené kvality svalové koordinace u zdravých probandů i neurologických nemocných (24, 25, 26).

4. VYBRANÉ KAPITOLY SOUČASNÝCH VÝZKUMNÝCH TRENDŮ

Mechanická vibrace se používá také jako sti-mul v klinicko - fyziologických (kineziologických) experimentech. Pomocí vibrace můžeme určit, jakou roli hraje v určitém segmentu propriocepce, popřípadě stanovit deficit proprioceptivní informace. Bove s kolegy zkoumal vliv jedno-stranné dlouhotrvající vibrace musculus ster-nocleidomastoideus na orientaci těla při přešla-pování na místě. Vibrace, aplikovaná probandům při zavřených očích, vedla k rotaci celého těla směrem k nevibrované straně. Výsledek také ukázal jak jsou informace z krčních proprio- ceptorů klíčové pro orientaci těla během lokomoce (14).

Brumagne se svým týmem poukázal na souvislosti mezi deficitem propriocepce v bederní části trupu a dysfunkcí svalových vřetének. Experiment blíže potvrdil klinickou zkušenost, že pacienti s chronickými epizodami bolestí zad (low back pain, LBP) nepřesně až nesprávně identifikují aferentní informace z bederní části mm. multifidí oproti zdravým probandům. Ze studie také vyplynulo, že u jedinců s LBP je velmi pravděpodobně změněná aferentace ze svalových vřetének a následně je změněné i centrální zpracování této senzorické informace ve vyšších etážích CNS. Což by také mohlo souviset s chronickým vnímáním bolesti v dolní části zad. Výsledky současně upozorňují na případnou možnost terapeutického využití vibrace  mm. multifidí pro zlepšení propriocepce u této kategorie nemocných (15).

5. DISKUSE

Účinky vibrace, které popisujeme v tomto sdělení, vycházejí hlavně z jejího „specifického“ působení na primární zakončení Ia aferentních vláken svalových vřetének. Současně musíme zdůraznit, že vliv vibrace se v klinických podmínkách neomezuje pouze na svalové vřeténko. Zevně aplikovaná vibrace je samozřejmě sti-mulem i ostatních mechanoreceptorů, případně vestibulárních a mnoha dalších zejména při celotělové aplikaci vibrace.

V neposlední řadě musíme znovu připomenout skutečnost, že jakékoliv dlouhodobější působení vibrace není pro lidský organismus vhodné. Vyplývá z nespočetné řady profesně ergonomických studií zabývajících se důsledky vibrací jako rizika nemoci z povolání. Dlouhodobá vibrace může vést především k poškození periferních senzomotorických a autonomních nervů. V České rebublice jsou vibrace oficiálně sledované jako riziková podmínka pro ohrožení a vznik nemoci z povolání. V letech 1995 až 2005 tvořily vibrace téměř polovinu z „oficiálně uznaných“ nemocí z povolání způsobených fyzikálními faktory (27).

Největším úskalím případného širšího využití vibrace v klinice pohybových poruch je prostý fakt, že jde o mechanické vlnění. Působí nejen na tkáně v bezprostřední blízkosti vibračního stimulu, ale má samozřejmě vliv i na tkáně vzdálené. Při současné míře teoretických poznatků i technologických možností dosud není možné tyto vzdálené účinky vibrace zcela adekvátně vyhodnotit a kvantifikovat.

Další „komplikací“ použití vibrace v  praxi je značná inter-individuální variabilita účinků. Účinky vibrace jsou závislé skutečně na kombinaci mnoha faktorů jak vlastní mechanické vibrace (frekvence, doba trvání, amplituda), ale zároveň celkových biologických vlastností aplikované tkáně i celkového stavu organismu (věk, fyzický a psychický stav pacienta).

Je možné, že pozitivní účinky WBV tréninku vycházely také ze skutečnosti, že účastníci studií byli mladí a zdraví. Většina studií vesměs zkoumala účinky vibrace izolovaně (28, 29).

Souhrnně je shoda, že nejdříve musíme navýšit naši informovanost o benefitu i negativních dopadech vibrace na organismus, před tím, než ji zařadíme do eventuálního rehabilitačního programu. Nelze přehlížet, že i „v dobré míře“ aplikovaná terapeutická vibrace může mít u některých nemocných negativní účinky na jiné tkáně (obr. 3).

6. ZÁVĚR

Vibrace kosterních svalů můžeme v rehabi-litaci použít jako terapeutický prostředek, jako facilitační i jako inhibiční techniku. Konkrétně v rámci rehabilitačního programu proprioceptivní stimulace nebo při terapii spasticity. Ve sdělení rekapitulujeme souhrn nejčastěji uváděných poznatků o přístrojové vibraci aspektem kosterních svalů od jejich první prezentace švédskými autory v 60. letech 20. století. Zdá se, že klinicky nejvíce cenné jsou vibrace s velmi malou amplitudou. Obdobné parametry přístrojové vibrace můžeme použít i v rámci manuální terapie.

Podle současných poznatků je klinické využití celkové (celotělové) vibrace spíše problematické a diskutabilní. Při individuální celotělové vibraci, alespoň oproti lokálním aplikacím na sval nebo úponovou šlachu svalu, je zatím velmi obtížné nebo téměř nemožné blíže předvídat je-dnoznačně konkrétní klinický efekt.

Vibrace jako léčebná metoda je dosud stále obestřena řadou nejasností. Na jedné straně byly prokázané určité pozitivní účinky vibračního stimulu, na straně druhé jiné výzkumy potvrdily spíše negativní vliv dlouhodobé vibrace na organismus. Přesně v souladu s ověřeným kánonem medicíny: Léčebná metoda, která neškodí také není prospěšná! Celotělové vibrace nebo dlouhodobější expozice lokální vibrace aplikované jako terapie jsou zatím spíše problematické.

Oproti tomu chceme upozornit na nesporný pozitivní efekt jemné lokální vibrace v rámci manuální terapie, dnes známých oscilačních či třepacích technik nebo skutečně manuální vibrace myofasciálních tkání via aferencí svalového vřeténka. Domníváme se, že takto cílená aplikace lokální vibrace není v pohybové terapii stále dostatečně známá a ceněna.

Mgr. Barbora Paráková

Klinika rehabilitace a tělovýchovného lékařství

LF UP a FN

I. P. Pavlova 6

775 20 Olomouc