Srovnání elektromyografické aktivity vybraných svalů při cvičení na válcové úseči a balančních sandálech

Souhrn

Předložená studie si klade za cíl zdokumentovat, porovnat a analyzovat elektromyografickou aktivitu vybraných svalů při dvou jednoduchých cvicích s využitím balančních pomůcek. U sedmi zdravých probandů byla použita metoda povrchové elektromyografie a byla porovnávaná elektromyografická aktivita mm. gluteus maximus et medius, m. erector spinae, mm. vastus medialis et lateralis ve stoji na jedné dolní končetině a při přešlapování či chůzi na místě, a to jak na balančních sandálech, tak na válcové úseči v předozadní rovině. Na základě získaných výsledků autoři doporučují jako vhodnou pomůcku pro aktivaci a posílení m. gluteus medius jak válcovou úseč, tak i balanční sandály. Při volbě pomůcky doporučují brát ohled na trénovanost a netrénovanost jedince a její výběr zařadit v rámci progresivního výcviku, tedy začít od jednodušších pomůcek k náročnějším. Dále doporučují vyvarovat se nových trendů, které nemají podložení kvalitními výzkumy.

Klíčová slova:
elektromyografie, metodika senzomotorické stimulace, mm. gluteus maximus et medius, m. erector spinae, mm. vastus medialis et lateralis, válcová úseč, balanční sandály

ÚVOD

Metodika senzomotorické stimulace tak jak byla vyvinuta Jandou a Vávrovou (7) patří k hojně využívaným postupům v oblasti fyzioterapie, ale i v oblasti sportu. V rámci uvedené metodiky se pracuje s balančními pomůckami, které někdy označujeme jako tzv. klasické. K těm patří válcové a kulové úseče a balanční sandály, které jsou pro uvedenou metodiku typické a v době, kdy byla metodika vyvinuta, představovaly pomůcku zcela originální. V současné době, hlavně s rozvojem nových materiálů, se začínají na trhu objevovat stále nové a nové pomůcky, které jsou doporučovány výrobci pro široké využití, často však objektivizace účinků chybí. Na druhé straně v souvislosti s tímto trendem jsou klasické pomůcky odsouvány do pozadí a rovněž tak výzkumy s nimi. V návaznosti na naše předchozí výzkumy (např. 14, 15, 16, 18), které se vztahují k elektromyografické analýze a využití různých pomůcek pro oblast fyzioterapie, předkládáme studii, která si klade za cíl porovnat aktivitu vybraných svalových skupin při jednoduchých cvicích na válcové úseči a balančních sandálech.

Předložená studie vychází z experimentu, který byl realizován v rámci diplomové práce na UK FTVS v Praze (17). V rámci našeho experimentu jsme se rozhodli pracovat s klasickými pomůckami mimo jiné i proto, že existuje několik výzkumů, ve kterých byla analyzována elektrická aktivita gluteálních svalů a byla porovnávána s jinými svalovými skupinami nebo přímo s konkrétními svaly, jako například mm. gluteus medius a m. gastrocnaemius, dále bylo realizováno mnoho studií a výzkumů, které se zaměřily na analýzu elektrické aktivity určitých svalů při cvičení na balančních plochách a na různých cvičebních pomůckách, jako je například BOSU, ProFitter 3-D Cross Trainer, step-up a další. Nezaznamenali jsme však v dosavadním písemnictví práci, která analyzovala elektromyografickou aktivitu dvou gluteálních svalů a srovnávala tuto pří cvičení na úseči a na balančních sandálech i přesto, že tyto 2 pomůcky jsou hojně využívány.

CÍLE EXPERIMENTU

V rámci námi provedeného experimentu, který představuje pilotní studii, jsme si položili 3 základní cíle:

1. Zdokumentovat, porovnat a analyzovat elektromyografickou aktivitu mm. gluteus maximus et medius oboustranně při jednoduchých cvicích na vybraných labilních plochách – válcové úseči v předozadní rovině a balančních sandálech.
2. Zjistit nejvyšší a nejnižší procentuální aktivitu svalové činnosti mm. gluteus maximus, mm. gluteus medius, mm. erector spinae oboustranně a mm. quadriceps vastus medialis et lateralis při cvičení na válcové úseči a na balančních sandálech.
3. Určit, který z výše zmíněných svalů se aktivuje více. Určit na jaké balanční pomůcce a při jakém cviku je aktivita hodnocených svalů nejvyšší.

METODY

Charakteristika experimentální skupiny

Do experimentu bylo zařazeno 7 probandů (2 muži a 5 žen), s průměrným věkem 25,1 let, průměrnou tělesnou hmotností 65,6 kg a průměrnou výškou 175,4 cm. Jednalo se o zdravé jedince, studenty, kteří neměli v anamnéze žádné operace, úrazy nebo chronické bolesti hlezenních, kolenních a kyčelních kloubů a rovněž zad. Dalším kritériem pro výběr bylo, že probandi nesměli být vrcholoví sportovci a ani se nesměli věnovat intenzivnímu tréninku v jakémkoliv sportu.

Metodika sběru dat

Pomocí telemetrického 16kanálového povrchového EMG přístroje TelemyoMini od firmy Neurodata byla snímána elektromyografická aktivita pěti svalů: mm. gluteus maximus et medius oboustranně, mm. erector spinae ve výši L3 oboustranně, mm. vastus medialis et lateralis na pravé dolní končetině. Byla použita vzorkovací frekvence 1500 Hz, pásmová propust 5-500 Hz (13). Současně s měřením byl proveden synchronizovaný videozáznam (obr. 3). Před analýzou vlastních cvičení byla u každého probanda u všech hodnocených svalů změřena maximální volní kontrakce v polohách dle Jandova svalového testu (8).

Organizace výzkumu

Pro experiment byly vybrány 2 jednoduché cviky, které jsou poměrně často u pacientů v rámci cvičení dle Metodiky senzomotorické stimulace využívány. První cvik byl stoj na pravé dolní končetině, druhým cvikem bylo přešlapování na místě (obr. 1, obr. 2). Oba dva cviky byly provedeny jak na válcové úseči, tak s balančními sandály. Před vlastním cvičením byli všichni probandi obeznámeni se správným prováděním cviků, byl jim vysvětlen postup měření, správný korigovaný stoj na balančních plochách a průběh vlastního cvičení.

Při cviku „stoj“ se jednalo o vzpřímený stoj, doba cviku byla zvolena 60 sekund. Horní končetiny při stoji na jedné dolní končetině na válcové úseči i na balančních sandálech byly vždy ve stejném postavení - 90° flexe v loketních kloubech, loketní klouby přitisknuty k tělu, maximální pronace předloktí, střední postavení v zápěstí, prsty natažené, přičemž probandi se lehce opírali o terapeutovy horní končetiny a mohli se tak stabilizovat při stoji na jedné dolní končetině na obou balančních plochách. Toto postavení bylo zvoleno pro minimalizaci naměření zbytečných artefaktů a rovněž se jedná o dopomoc, která je běžně v terapii poskytována pacientům při obdobných cvičeních.

Při cviku  „přešlapování na místě“ - jak na válcové úseči v předozadní rovině, tak i na balančních sandálech, bylo použito pro dodržení rytmu a tempa cviku metronomu 70 BPM. Probandi byli zainstruováni, aby při každém úderu metronomu zvedali dolní končetiny a aby zvedání bylo v amplitudě od 5 do 10 cm prstů od podložky. Cviky byly prováděny za opakované slovní instrukce terapeuta k zajištění správného průběhu cviku a vyloučení nechtěných souhybů pánve.

Mezi jednotlivými cvičeními na válcové úseči v předozadní rovině a balančních sandálech byla zvolena 10minutová pauza, která je dostatečně dlouhá k vyloučení nástupu možné svalové únavy a zkreslení výsledků. Kromě toho byly cviky prováděny v náhodném pořadí.

Analýza dat

Pro zpracování naměřeného elektromyografického signálu byl použit program MyoResearch XP Master Edition od firmy Noraxon (obr. 3).  Nejprve byly vypočítány hodnoty maximální volní kontrakce pro každý sval u každého probanda. Dále byla vypočtena aktivita (v % MVC) všech svalů u každého probanda u těchto 4 cviků:

• cvik č. 1: stoj na pravé dolní končetině na válcové úseči v předozadní rovině;
• cvik č. 2: stoj na pravé dolní končetině na balančním sandálu;
• cvik č. 3: přešlapování/chůze na místě na válcové úseči v předozadní rovině;
• cvik č. 4: přešlapování/chůze na místě na balančních sandálech.

Pro cviky č. 1 a 2 bylo pro analýzu z jednominutového surového záznamu vybráno 10 sekund a pro cviky č. 3 a 4 byl vybrán úsek vždy 8 kroků, tedy 4 kroky pro pravou dolní končetinu a 4 kroky pro levou dolní končetinu. Nejdříve byla provedena rektifikace, dále vyhlazení EMG signálu, redukce EKG artefaktů a pak byla vypočtena průměrná hodnota amplitudy (9). Tyto absolutní hodnoty byly normalizovány k hodnotám maximální volní kontrakce pro daný sval. Zpracovaná data byla dále porovnávána a vyhodnocena v programu Microsoft Office Excel 2007.

VÝSLEDKY

U probanda č. 1 (graf 1) byla naměřená nejvyšší aktivita m. gluteus medius u cviku č. 1 (10,4 % MVC vpravo), nejvyšší aktivita m. gluteus maximus byla naměřena u cviku č. 4 (6,5 % MVC vpravo), ovšem nejnižší svalová aktivita m. gluteus maximus byla naměřena u cviku č. 3 (3,9 % MVC vpravo). Dále nejvyšší aktivita m. erector spinae byla naměřena u cviku č. 4 (21,9 % MVC vpravo a 19,1 % MVC vlevo), a nejnižší aktivita byla u cviku č. 1 (4% MVC vpravo a 3,9 % MVC vlevo). Nejvyšší aktivita m. vastus medialis a lateralis byla naměřena u cviku č. 4 (22 % MVC pro vastus medialis a 29,7 % MVC pro vastus lateralis).

U probanda č. 2 (graf 2.) byla zjištěna nejvyšší aktivita m. gluteus medius u cviku č. 1 (36,3 % MVC vpravo), nejvyšší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 2 (17,5 % MVC vpravo, ale 23,2 % MVC vlevo, tedy na nestojné dolní končetině), nejnižší naměřená aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 3 (10,8 % MVC vpravo). Nejvyšší aktivita m. erector spinae byla naměřena u cviku č. 4 (9,8 % MVC vpravo a 10,4 % MVC vlevo), nejnižší aktivita pak u cviku č. 1 (7,1 % MVC vpravo). Nejvyšší aktivita m. vastus medialis a lateralis byla naměřena u cviku č. 2 (25,3 % MVC pro vastus medialis) a u cviku č. 3 (25,3 % MVC pro vastus lateralis).

U probanda č. 3 (graf 3) byla nejvyšší aktivita m. gluteus medius naměřená u cviku č. 2 (15,3 % MVC vpravo), nejvyšší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 4 (4,7 % MVC vpravo) a nejnižší u cviku č. 3 (2,6 % MVC vpravo). Nejvyšší aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 4 (19,5 % MVC vpravo a 11 % MVC vlevo), nejnižší aktivita pak naměřená u cviku č. 2 (9,3 % MVC vpravo). Nejvyšší aktivita naměřená u m. vastus medialis a lateralis byla u cviku č. 3 (14,3 % MVC pro vastus medialis a 9,8 % MVC pro vastus lateralis) a u cviku č. 4 (10,3 % MVC pro vastus lateralis).

U probanda č. 4 (graf 4) byla nejvyšší naměřená aktivita m. gluteus medius u cviku č. 2 (11,8 % MVC vpravo) a nejvyšší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 4 (15,2 % MVC vpravo a 27,6 % MVC vlevo) a nejnižší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 3 (8,7 % MVC vpravo). Nejvyšší naměřená aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 4 (6,7 % MVC vpravo a 5,5 % MVC vlevo) a nejnižší aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 2 (3,8 % MVC vpravo a 2,7 % MVC vlevo). Nejvyšší naměřená aktivita u m. vastus medialis a lateralis byla u cviku č. 4 (8,6 % MVC pro vastus medialis a 16,3 % MVC pro vastus lateralis).

U probanda č. 5 (graf 5) byla nejvyšší naměřená aktivita m. gluteus medius u cviku č. 2 (26,5 % MVC vpravo) a nejvyšší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 2 (27,3 % MVC vpravo a 73,5 % MVC vlevo na nestojné dolní končetině) a nejnižší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 3 (16,4 % MVC vpravo). Nejvyšší naměřená aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 4 (20,1 % MVC vpravo a 23,8 % MVC vlevo) a nejnižší aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 1 (6,9 % MVC vpravo a 5,2 % MVC vlevo). Nejvyšší naměřená aktivita u m. quadriceps vastus medialis a lateralis byla u cviku č. 4 (18,3 % MVC pro vastus medialis a 19,3 % MVC pro vastus lateralis).

U probanda č. 6 (graf 6) byla nejvyšší naměřená aktivita m. gluteus medius u cviku č. 1 (19,6 % MVC vpravo) a nejvyšší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 4 (6,3 % MVC vpravo) a nejnižší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 3 (3,6 % MVC vlevo). Nejvyšší naměřená aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 4 (8,2 % vpravo a 6,8 % vlevo) a nejnižší aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 1 (5,8 % MVC vpravo a 3,7 % MVC vlevo). Nejvyšší naměřená aktivita u m. quadriceps vastus medialis a lateralis byla u cviku č. 4 (24 % MVC pro vastus medialis a 16,8 % MVC pro vastus lateralis).

U probanda č. 7 (graf 7) byla nejvyšší naměřená aktivita m. gluteus medius u cviku č. 1 (15,8 % MVC vpravo) a nejvyšší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 2 (3,1 % MVC vpravo a 4,5 % MVC vlevo) a nejnižší aktivita m. gluteus maximus byla u cviku č. 3 (2 % MVC vpravo). Nejvyšší naměřená aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 4 (6,7 % MVC vpravo a 4,4 % MVC vlevo) a nejnižší aktivita m. erector spinae byla u cviku č. 2 (4 % MVC vpravo) a u cviku č. 1 (2,3 % MVC vlevo). Nejvyšší naměřená aktivita u m. quadriceps vastus medialis a lateralis byla u cviku č. 3 (3,7 % MVC pro vastus medialis a 5,7 % MVC pro vastus lateralis) a u cviku č. 4 (5,7 % MVC pro vastus lateralis).

Souhrnně lze říci, že nejvyšší aktivita m. gluteus medius byla naměřena u cviku č. 1 (probandi č. 1, 2, 6 a 7) a u cviku č. 2 (probandi č. 3, 4 a 5). Nejvyšší naměřená aktivita m. gluteus maximus byla naměřena u cviku č. 4 (probandi č. 1, 3, 4, 6 a 7) a u cviku č. 2 (pouze u zbylých dvou probandů). Nejnižší aktivita m. gluteus maximus byla u všech probandů naměřená stejně, a to u cviku č. 3. Nejvyšší aktivita m. erector spinae byla také naměřena u všech probandů stejně, a to u cviku č. 4. Nejnižší aktivita m. erector spinae však byla naměřená u cviku č. 1 (u 5 probandů), u cviku č. 2 (probandi 3 a 4). Nejvyšší naměřená aktivita m. quadriceps vastus medialis a lateralis byla změřena u cviku č. 4 (u 5 probandů), dále pak u cviků č. 3 a 2 (pro další probandy u vastus medialis). Graf 8 souhrnně demonstruje výsledky u všech probandů.

DISKUSE

Výsledky našeho experimentu naznačují jisté tendence, které mohou přispět ke vhodnosti doporučení balančních pomůcek v klinické praxi. Pro aktivaci m. gluteus medius bychom mohli doporučit obě pomůcky – válcovou úseč v předozadní rovině i balanční sandály, přestože naše šetření ukázalo, že se m. gluteus medius aktivuje více na úseči u 4 probandů ze 7 než na balančních sandálech u 3 probandů ze 7. Při měření EMG záznamu při cviku č. 2 – stoj na pravé dolní končetině na balančním sandálu, docházelo k větším oscilacím elektrické aktivity svalu než u cviku č. 1 – stoj na pravé dolní končetině na válcové úseči v předozadní rovině. Tento fakt by nám mohl pomoci při rozhodování, kdy kterou pomůcku ze dvou zmíněných použít. Jak již uváděli Janda a Vávrová (7), že je vhodné při metodice senzomotorické stimulace cvičit od jednoduchých cviků ke složitějším a od jednoduchých pomůcek k těm náročnějším. Tak i toto zjištění nás utvrzuje, že v rámci progresivního tréninku by bylo lepší nejdříve použít válcovou úseč a pak postupně přidávat cvičení na balančních sandálech. I když Bullock-Saxton a Janda (4) tvrdí, že po týdenním tréninku s balančními sandály došlo k významnému zvýšení činnosti gluteálních svalů. Blackburn (3) svým výzkumem potvrzuje, že při cvičení na balančních sandálech je aktivita svalů dolních končetin vyšší než při cvičení bez sandálů. A říká, že sandály jsou tedy vhodným prostředkem pro zvyšování svalové činnosti dolních končetin. I Meyrs (12) ve své studii zkoumal vliv balančních sandálů a tvrdí, že toto cvičení zvyšuje aktivitu m. gluteus medius a maximus. Tyto studie ale zkoumaly pouze vliv balančních sandálu, ale už toto zjištění nesrovnávali s jinými balančními pomůckami. A navíc Michell (11) tvrdí, že cvičení na balančních sandálech zlepšilo posturální stabilitu, ovšem ta se zlepšila i po cvičení bez nich. Bylo tedy zjištěno, že cvičení na balančních sandálech nemusí přinést při zlepšení posturální stability žádný efekt, ale ani se při tomto cvičení posturální stabilita nezhoršila. Ale opět ve své studii srovnává pouze cvičení na balančních sandálech a bez nich. Při výběru cvičební pomůcky je však nutné se zamyslet nad individualitou pacienta a přihlédnout k míře jeho trénovanosti či netrénovanosti. Z výše uvedeného však vyplývá, že cvičení na balančních sandálech je vhodnější spíše pro více trénované jedince, kteří se věnují alespoň nějakému sportu.

Pro aktivaci m. gluteus maximus bychom mohli doporučit jednoznačně balanční sandály, kdy byla největší naměřená aktivita m. gluteus maximus u 5 probandů při cviku č. 4 – přešlapování na balančních sandálech, a u zbylých dvou probandů při stoji na pravé dolní končetině na balančním sandálu.

Dle Jandy a Vávrové (7) je metodika senzomotorické stimulace vhodná pro trénink, protože většina cvičení probíhá ve stoji nebo chůzi a vede k rozbití patologických stereotypů. Přestože se pro posturální trénink stále používají úseče a balanční sandály, objevilo se v dnešní době mnoho dalších moderních pomůcek. Blackburn a kolektiv (2) ve své studii ukázali, že posilovací a rovnovážný trénink s levnými zařízeními, jako je dřevěná useč, polštářek Airex a Thera-Band,  je u zdravých jedinců účinný při zlepšení dynamické rovnováhy. Dospěli k závěru, že trénink vedl k postupně k adaptaci centrální nervové soustavy na nestabilní plošiny. V této studii však nezkoumali každou pomůcku zvlášť, byla zvolena pouze jedna skupina, kdy dobrovolníci cvičili na polštářku Airex a dřevěné úseči současně po dobu 6 týdnů. Horstmann (6) porovnával balanční plochu Stability Trainer od firmy Thera-Band a dřevěnou úseč. Výsledky ukázaly, že při cvičení na balanční ploše Stability Trainer se svaly aktivují více než při cvičení na úseči. Ovšem i na úseči je aktivita svalů dostatečná. Díky této studii tvrdí, že balanční plocha Stability Trainer i úseč jsou ideálními výcvikovými zařízeními pro zlepšení koordinace a senzomotorické schopnosti a doporučují obě pomůcky jako součást pestrého rehabilitačního programu. Wahl a Behm (19) ve své studii zkoumali Dyna disk, BOSU míč, úseč a fyziobal a ukázali, že Dina disk a BOSU neposkytují více výzvy pro neuromuskulární systém než fyziobal. Ericsson (5) tvrdí, že došlo k významnému zlepšení svalové síly i vytrvalosti při cvičení senzomotorického programu na pěnové podložce, dřevěné úseči a minitrapolíně. Benerjee (1) svým výzkumem přispívá při rozhodování o užitečnosti ProFitter 3-D Cross Trainer v rehabilitačních a vzdělávacích programech a ukazuje, že aktivita svalů trupu byla při cvičení na tomto přístroji poměrně nízká. Laudner a Koschnitzky (10) zkoumali účinnost cvičení na BOSU a tvrdí, že nejsou žádné významné rozdíly v činnosti sledovaných svalů. Ale v této studii byly zkoumány jenom m. tibialis anterior, m. peroneus longus a m. gastrocnemius caput mediale.

Otázkou však zůstává, co je vlastně vhodné či vhodnější, a zda nové trendy spíše patologie nepodporují nebo je dokonce nevytvářejí. Trénink na nestabilních plošinách vyžaduje intenzivní spolupráci mezi terapeutem a klientem. Je nutné nejen zvážení vhodnosti pomůcky, ale především vyhodnocení motorické zdatnosti daného jedince. Rozhodně se přikláníme k názoru, že je lepší začít se cviky jednoduššími a posléze přejít ke složitějším. Tempo tohoto postupu pak určuje především sám klient. Navíc je důležité, aby terapeut uměl zhodnotit, zda moderní pomůcka skutečně ovlivňuje struktury a funkce inzerované výrobci.

Kloníme se  jednoznačně k názoru, že je nezbytně nutné při výběru cvičebních pomůcek brát v úvahu jak individualitu každého jedince, tak skutečně ověřený efekt využití dané pomůcky v praxi, který by měl být ohodnocen v souladu s postupy EBM (medicíny podložené důkazy).

ZÁVĚR

Cílem předložené pilotní studie bylo pomocí elektromyografické analýzy zdokumentovat a porovnat elektrickou aktivitu pěti svalů při cvičení na dvou balančních plochách (válcová úseč v předozadní rovině a balanční sandály) a ohodnotit, na jaké balanční pomůcce a při jakém cviku je elektrická aktivita sledovaných svalů nejvyšší. Přestože nelze výsledky považovat za obecně platné, naznačilo naše šetření jisté trendy ve zkoumaných parametrech.

Na základě získaných výsledků můžeme doporučit jako vhodnou pomůcku pro aktivaci a posílení m. gluteus medius jak válcovou úseč, tak i balanční sandály. Doporučujeme však brát zřetel na míru kondice a individualitu každého jedince. Dále při volbě pomůcky brát ohled na trénovanost a netrénovanost jedince a její výběr zařadit v rámci progresivního výcviku, tedy začít od jednodušších pomůcek k náročnějším. Doporučujeme vyvarovat se novým trendům, které nemají podložení kvalitními výzkumy.

Práce vznikla s podporou VZ MŠMT ČR MSM 0021620864.

Doc. PaedDr. Dagmar Pavlů, CSc.

Katedra fyzioterapie UK FTVS

J. Martího 31

162 52  Praha 6