Aktivita svalů trupu a krku při napřímení cerviko-thorakálního úseku páteře provokované zevní rotací paže

Stáhnout PDF English info

Trunk and Cervica Muscles Activity during Straightening of Cervicothoracic Spine Segment Provoked by External Rotation of the Arm

A relaxed standing is natural, but it leads to a back pain. Erect posture was provoked by an external humeral rotation and adduction of the shoulder that resulted in increased activation of the trunk muscles. The stabilized trunk led to the upright posture of the cervical-thoracic spine. The kinematics of the spine and the inclination of the pelvis were measured in the sagittal plane with a motion analysis system. The trunk and neck muscle activity was measured with the electromyography. Six subjects without pathology of the pelvis, shoulder girdle and spine were recruited in this pilot study. The possible correlation between the postural changes and the changes of the muscle activity was determined: the tilt of the pelvis could correlated with the internal oblique, quadratus lumborum and external oblique posterior part, the change of the shape of the cervical-thoracic spine could related with the erector spinae in the thoracic region.

Keywords:
relaxed posture, upright posture, cervico-thoracic spine, muscle coactivation, paravertebral muscles, m. latissimus dorsi

Autoři: I. Jelínková; M. Šorfová
Působiště autorů: Katedra fyzioterapie FTVS UK, Praha vedoucí katedry doc. PaedDr. D. Pavlů, CSc. ; Katedra anatomie a biomechaniky FTVS UK, Praha vedoucí katedry doc. PaedDr. K. Jelen, CSc.
Vyšlo v časopise: Rehabil. fyz. Lék., 20, 2013, No. 4, pp. 215-220.
Kategorie: Původní práce

Souhrn

Uvolněný postoj je sice přirozený, ale může být zdrojem bolestí zad. Napřímení osového orgánu bylo provokováno zevní rotací a addukcí paže, což vyústilo ve zvýšenou aktivitu m. rectus abdominis, sternocleidomastoideus, quadratus lumborum a zadní část m. obliques abdominis externus, latissimus dorsi a erector spinae ve výši hrudní části páteře. Stabilizovaný trup dovolil napřímení cervikothorakálního přechodu páteře. Kinematickou analýzou byl hodnocen pohyb pánve a páteře v sagitální rovině, elektromyografií byla hodnocena aktivita svalů trupu a krku. Této pilotní studie se zúčastnilo 6 jedinců bez patologie páteře, pánve a ramenního pletence. Byly zjištěny možné souvislosti mezi posturálními změnami a změnou aktivity svalů, konkrétně: mezi sklonem pánve a aktivitou m. obliques abdominis internus, quadratus lumborum a zadní částí m. obliques abdominis externus, mezi změnou tvaru cerviko-thorakálního přechodu páteře a aktivitou erector spinae ve výši hrudní části páteře.

Kľúčové slová:
relaxovaný stoj, vzpřímené držení těla, cerviko-thorakální přechod páteře, koaktivace svalů, paravertebrální svaly, m. latissimus dorsi

Úvod

Uvolněný postoj je sice přirozený, ale je považován za chabé držení těla, ve kterém je trup držen pasivním mechanismem. Vzhledem k viskoelatickým vlastnostem ligamnet a meziobratlových plotének dochází vlivem dlouhodobé zátěže ke snížení plotének a zvýšení tuhosti vazů (13). Vlivem gravitace jsou přední části těl obratlů stlačovány, aby byla udržena rovnováha, musí dojít k nárůstu extenčních momentů (2). V napřímení jsou opět flekční a extenční momenty minimální (17). Mezi momenty a svalovou aktivitou platí lineární závislost (6). Během napřimování těla rostou extenční momenty, dochází ke ko-kontrakci extenzorů i flexorů trupu (7) a trup je tak stabilizován.

Svaly stabilizující trup lze dělit do dvou skupin. V první skupině mají svaly přímé spojení s bederní páteří a jsou odpovědné za segmentální stabilizaci trupu (m. multifidus, transverzus abdominis a obliques abdominis internus). Svaly v druhé skupině, nemající přímé spojení s bederní páteří, produkují velké kroutící momenty a kontrolují velké pohyby trupu (m. rectus abdominis, obliques abdominis externus a erector spinae ve výši hrudní páteře). Je-li trup koaktivací svalů stabilizován, může dojít k napřímení osového orgánu (16). To je charakterizováno ideálními tvary krční, hrudní a bederní páteře dané Delmas indexem 0,95. Osa těla pak prochází C1-T1-T12-S1 (8). V této studii bylo napřímení páteře hodnoceno osou trupu procházející SIPS-TH12-TH1.

Cílem této studie je propojit kinematiku s elektromyografií, aby bylo možné popsat relaxované a vzpřímené držení těla. Předpokládáme, že stabilizace dolní a střední části trupu vede k napřímení cerviko-thorakálního (CTH) přechodu páteře, které lze zaznamenat kinematickou analýzou. Tato studie se zabývá zevní rotací a addukcí paže, jejím možným vlivem na změnu držení těla, vyhodnocením vzpřímeného držení těla spolu s vyhodnocením aktivity svalů.

METODOLOGIE

Studie se zúčastnilo 6 jedinců: 1 žena a 5 mužů (25,5 ± 2,6 let). Skupina byla považována za homogenní: výška (179,5 ± 5,9 cm), váha (76,3 ± 4,2 kg) a BMI (23,6 ± 1,1 kg/m²). Vstupním kritériem bylo předsunuté držení hlavy a žádné strukturální změny páteře, pánve a ramen.

Kinematická analýza

K měření byl využit optoelektrický systém Qualisys (6 kamer Oqus, frekvence 200 Hz). Umístění markrů bylo na těchto anatomických strukturách: C2, C4, C6, C7, TH1-12, L1, L3, L5, SIPS, SIAS, olecranon a processus styloideus radii (obr. 1A). Každý marker byl daný 3 souřadnicemi (x, y, z). Osa Z směřovala vzhůru, osa X vpřed ve směru předloktí a osa Y přes střed těla. Počátkem souřadnicového systému byla SIPS a sagitální rovina byla daná osou Z, X. Sklon trupu byl počítán jako směrnice lineární regresní přímky TH1-TH12-SIPS, rovnicí: b = ∑ (x - x¯) (y - ȳ) / ∑ (x - x¯)2. Napřímením páteře je změna sklonu trupu, tedy rozdíl počátečního a koncového sklonu trupu. Změna tvaru CTH je změna mezi polohou C4-TH7. Posun obratlů je určen rozdílem poloh jednotlivých obratlů v počáteční a konečné poloze. Sklon pánve je rozdíl polohy SIPS a SIAS při pohledu z boku, obdobně rozsah zevní rotace byl počítán z poloh olecranon a processus styloideus radií rovnicí: tg α = (y2 – y1) / (x2 – x1) (obr. 1).

**Obr. 1. A) uložení markrů, B) konečná poloha–zevní rotace a addukce paže, C) uložení elektrod a markerů.**

Elektromyografie

EMG signály byly snímány z bipolárních povrchových elektrod, s 2centimetrovou vzdáleností mezi elektrodami, nad svaly pravé části trupu: (m. rectus abdominis, obliques abdominis externus–vpředu, obliques abdominis internus, sternocleidomastoideus, erector spinae v krční, hrudní a bederní oblasti, latissimus dorsi, quadratus lumborum a obliques abdominis externus–zadní část, multifidi) (obr. 1C). Uložení elektrod bylo dle předchozích studií (5, 15, 18) následující: pro m. rectus abdominis 2 cm od úrovně pupku; m. abdominis obliques externus přední část 10 cm od pupku a nad SIAS; m. abdominis obliques internus 1 cm od SIAS a na spojnici obou SIAS; m. sternocleidomastoidus na poloviční vzdálenosti processus mastoideus a klíční kosti; erector spinae v oblasti krční páteře 2 cm od processus spinousus C4; erector spinae v oblasti hrudní páteře 2 cm od processus spinousus TH12; erector spinae v oblasti bederní páteře 2 cm od processus spinousus L3; m. latissimus dorsi 4 cm pod dolním úhlem; m. quadratus lumborum a m. abdominis obliques externus zadní část 4 cm od erector spinae a na poloviční vzdálenosti mezi posledním žebrem a crista iliaca; m. multifidi spojnice SIPS-L1 a L5-SIPS.

EMG data byla snímána při frekvenci 2024 Hz. Průměr hodnot byl určen ze 3 s v uvolněném a napřímeném stoji. Hodnoty byly zpracovány následovně: 1. průměr všech dat, 2. mínus všechna data od tohoto průměru, 3. absolutní hodnota všech dat. Pro určení nárůstu nebo poklesu EMG hodnot byly EMG hodnoty v napřímeném stoji děleny s hodnotami uvolněného stoje. EMG bylo porovnáno s kinematikou v relaxovaném a napřímeném stoji, který byl dán zevní rotací a addukcí paže.

Testovaný pohyb

Nejprve jedinci zaujali relaxovaný stoj (obr. 1A,B), poté provedli zevní rotaci a addukci paže s následujícími instrukcemi: vydechni, ohni lokty a drž je stále u těla, veď paže zevně a v krajní poloze vydrž 3 s. Nikdo neměl s daným pohybem předchozí zkušenost, pohyb nebyl nikým učen a nikdo neznal účel prováděného pohybu.

VÝSLEDKY

Zevní rotace (průměrná hodnota 53,2 ± 23,7°) a addukce paže vedly ke zvýšení svalové aktivity m. latissimus dorsi 27,8 ± 18krát, erector spinae v hrudní oblasti 16,9 ± 17,5krát, quadratus lumborum a abdominis obliques externus zadní část 6,6 ± 3,3krát, rectus abdominis 2,8 ± 0,7krát a sterno-cleidomastoideus 2 ± 0,5krát (obr. 2). Testovaný pohyb vyústil v napřímení CTH přechodu páteře. Průměrná změna tvaru CTH přechodu páteře byla 19,8 ± 3,9 mm. Sklon trupu se zredukoval průměrně z 2,5 ± 1,7° na 0,6 ± 1,2° z předklonu do napřímení. Jeden proband byl v počáteční poloze zakloněn a pohyboval se vpřed do vzpřímení. Sklon pánve byl průměrně 6,8 ± 3,3° v počáteční a 7,1 ± 3,7° v konečné poloze. Průměrnou změnu držení těla zaznamenává obrázek 3.

Obr. 2. Průměr hodnot – EMG data v počáteční (initial posture) a konečné (final posture) pozici a jejich průměrné změny. OAE m. obliques abdominis externus, OAI m. obligues abdominis internus, RA m. rectus abdominis, STCM m. sternocleidomastoideus, ESCp m. erector spinae oblast krční páteře, LD m. latissimus dorsi, QL m. quadratus lumborum a zadní část m. obliques abdominis externus, ESTh m.erector spinae v oblasti hrudní páteře, ESLp m. erector spinae v oblasti bederní páteře, Mf mm. multifidi

Obr. 3. A) Průměrná změna držení trupu – rozdíl mezi počáteční (initial posture) a konečnou (final posture) polohou, osa Z, X (axis Z, X); B). Průměrné hodnoty jednotlivých segmentů páteře – změna kinematických dat.

Tabulky 1 a 2 ukazují naměřená data elektromyo-grafie a kinematické analýzy. Porovnání těchto dat ukazuje na možnou souvislost:

Mezi zevní rotací a addukcí paže a změnou sklonu pánve.
Mezi změnou sklonu pánve a aktivitou m. abdominis obliques internus, quadratus lumborum a m. abdominis obliques externus zadní část.
Mezi změnou tvaru CTH přechodu a aktivitou erector spinae v hrudní a bederní oblasti, m. latissimus dorsi, quadratus lumborum a abdominis obliques externus zadní část.
Mezi změnou sklonu trupu a aktivitou erector spinae v oblasti krční páteře, multifidi a latissimus dorsi.

**Tab. 1. Naměřené hodnoty – EMG; relaxovaný stoj (relax posture), napřímený stoj (erect posture), změna (change) EMG daná podílem hodnot v napřímení k relaxovanému stoji.**

Tab. 2. Naměřené hodnoty – kinematická analýza (Kinematics), proband (subject), CTH přechod páteře (cervical-thoracic spine), počáteční hodnota (start), konečná hodnota (end), rozdíl hodnot (Δ), sklon trupu (gradient), pánev (pelvis), ramena (shoulder), zevní rotace (ext. rot.), průměr (mean), směrodatná odchylka (SD).

DISKUSE

Zevní rotace a addukce paže vedou ke ko-kontrakci břišních a zádových svalů. Stabilizovaný trup vede ke změně CTH přechodu páteře, která působí napřímení osového orgánu. Tyto posturální změny souvisejí s aktivitou svalů popsaných v této pilotní studii.

Svaly ramenního pletence se skládají z velkých zpeřených svalů. Pro testovaný pohyb jsou významné m. latissimus dorsi a pectoralis major, jejichž jednotlivé části se aktivují dle směru mechanické linie působení a velikosti momentu paže. Oba svaly mají přímé spojení s axiálním systémem, společný je jim addukční moment. Během testovaného pohybu je m. pectoralis major protahován, m. lattisimus dorsi posilován, což napomůže k vzpřímenému držení těla.

Základem všech pohybů je hluboký stabilizační systém, ten však zvolenou metodikou popsat nelze. Tento systém optimálně tvoří zakřivení páteře, distribuuje zátěž působící na páteř (17) a eliminuje působení zevních sil (kompresivních a střižných). Stabilizace trupu je automatická. Žádný sval se neaktivuje bez aktivity dalších svalů (10), což potvrzují i výsledky této studie. Jedinci měli jen povel k zevní rotaci paže, což vedlo k aktivitě povrchově uložených svalů trupu - m. rectus abdominis, obliques abdominis externus and erector spinae ve výši hrudní páteře. Tyto svaly jsou považovány za svaly stabilizující trup (16).

Napřímení trupu je drženo ko-kontrakcí svalů s agonisticko-antagonistickým vztahem. Během napřímení trupu dochází ke společné aktivaci extenzorů i flexorů trupu (7), jak ukazuje i tato studie. Porovnání počáteční, konečné polohy a aktivace svalů ukazuje obrázek 2. V počáteční poloze byla větší aktivita m. abdominis obliques internus et externus a erector spinae v bederní oblasti. V relaxované poloze narůstá flekční moment dle lineární závislosti mezi momenty a aktivitou svalů (6). Větší aktivace erector spinae v bederní oblasti zatěžuje meziobratlové ploténky (13). Konečná poloha je charakteristická větší aktivitou erector spinae v hrudní oblasti, latissimus dorsi, quadratus lumborum a m. abdominis obliques externus zadní část a m. abdominis obliques internus. Větší aktivita erector spinae v hrudní než v bederní oblasti je dle Smíška významná. Uvádí, že změna z pasivního do aktivního držení je doprovázena reciproční inhibicí erector spinae (19). Obdobou je, že zvýšená aktivita erector spinae v hrudní oblasti vede k relaxaci m. multifidi (16).

Zevní rotace a addukce paže může souviset se sklonem pánve, jak ukazuje tato pilotní studie. Rozsah zevní rotace paže musí být přiměřený, aby byla rovnováha mezi břišními a prsními svaly (10). Toto tvrzení nelze potvrdit touto pilotní studií, avšak byly zjištěny tyto tendence: větší rozsah zev-ní rotace vedl ke snížení aktivity erector spinae, latissimus dorsi, m. abdominis obliques internus et externus zadní část, quadratus lumborum, což způsobilo anteverzi pánve. Předpokládá se, že snížení aktivity flexorů vede k snížení aktivity extenzorů, trup je méně stabilizován, a to vede k menší změně tvaru CTH přechodu páteře. Pátý proband měl menší rozsah zevní rotace než ostatní, u jediného došlo k retroverzi pánve, měl největší změnu tvaru CTH přechodu páteře. Anteverze pánve je způsobena zkrácením erector spinae, iliopsoas a oslabením břišních a hýžďových svalů (14). Anteverze pánve ukázala nižší aktivitu m. abdominis obliques internus et externus zadní část, quadratus lumborum.

Změna CTH páteře se může zdát malá (19,8 mm), ale pro zdravé jedince bez bolesti krční páteře je dostatečná. Kinematická data CTH přechodu (obr. 3.B) odpovídají výsledkům i jiných studií: Harisson udal anteriorní translační posun hlavy 15 mm ± 10 mm u zdravých jedinců (8). Posteriorní pohyb hlavy (vztažen k C7) z relaxovaného sedu nebo stoje byl zaznamenán 10 mm do vzpřímeného sedu a 28 mm do vzpřímeného stoje (3). Předsun hlavy souvisí i s potížemi krční páteře. McAvieney uvedl, že vzdálenost (C2 od osy těla) 21,3 mm byla měřena u jedinců s i bez potíží s krční páteří, zatímco vzdálenost 40 mm byla popsána jen u jedinců s bolestmi krční páteře (12). Vzpřímené držení hlavy vede k nižší zátěži páteře (1) a snížení bolesti krční páteře (11).

Posturální změny se mohou zdát malé, stejně tak i změny kloubní, ale výrazné budou změny aktivity svalů (9). Hlava a CTH přechod páteře je držen optimální ko-aktivací mezi extenzory a flexory krku (4). Větší aktivita erector spinae v hrudní oblasti sníží aktivitu erectorů v krčním regionu (3) (obr. 2). Vysvětlení uvádí O'Sullivan (16) na podkladě reciproční inhibice, že aktivace dlouhých cerviko-thorakálních extenzorů vede k relaxaci dlouhých krčních extenzorů. Aktivita m. sternocleidomastoideus byla větší než erector spinae v krční oblasti. V napřímení odpadá flekční moment hlavy, tedy erector spinae v krční oblasti není provokován k aktivitě (16).

Relaxovaný postoj se liší od napřímeného držení těla. Relaxované držení těla je charakterizováno větším rozměrem CTH přechodu, sklon trupu směřuje vpřed, břišní svaly vykazují větší aktivitu než extenzory trupu, z nichž je největší erector spinae v bederní oblasti. Napřímení je charakterizováno nižším rozměrem CTH přechodu páteře, sklon trupu míří k 0°, extenzory páteře jsou více aktivní, především m. latissimus dorsi, erector spinae v hrudní oblasti, zatímco erector spinae krční a bederní páteře nejsou tolik aktivovány, m. sternocleidomastoideus je více aktivován než erector spinae krční oblasti, což vede k napřímení CTH přechodu páteře.

ZÁVĚR

Tato pilotní studie ukazuje propojení kinematické analýzy a elektromyografie, změny posturální společně se změnami aktivit svalů trupu a krku při napřímení z uvolněného stoje. Zevní rotace a addukce paže jsou provokačním manévrem, které vedou ke stabilizaci a napřímení trupu. Trup je dle EMG stabilizován a dle kinematické analýzy napřímen. Výsledky ukazují na význam komplexního pohledu v terapii nejen bolesti krční páteře. Další studie by měly zahrnout jedince s různým typem vadného držení těla, což by mohlo přinést nový vhled, jak u nich dochází či nedochází ke stabilizaci trupu. Z pilotní studie také vyvstávají nové otázky, jež byly uvedeny v diskusi.

Tato studie byla podpořena SVV 2013-267603.

Adresa pro korespondenci:

Mgr. Ivana Jelínková

Katedra anatomie a biomechaniky FTVS UK

J. Martího 31

162 52 Praha 6

e-mail: jelinkova.iva@centrum.cz

Zdroje

1. BONNEY, R. A., CORLETT, N.: Head posture and loading of the cervical spine. Appl. Ergon., 33, 2002, s. 415-417.

2. BULLOCK-SAXTON, J.: Normal and abnormal postures in the sagittal plane and their relationship to low back pain. Physiother. Pract., 4, 1988, s. 94-104.

3. CANEIRO, J. P. et al.: The influnce of different sitting postures on head/neck posture and muscle activity. Manual Ther., 2010, 15, s. 54-60.

4. CORREA, E., BERZIN, F.: Efficacy of physical therapy on cervical muscle activity and on body posture in school-age mouth breathing children. Int. J. Pediatr. Otorhi., 2007, 7, s. 1527-1535.

5. CRAM, R. J.: Cram's introduction to surface electromyography. Canada, Jones & Bartlett Learning, 2010, s. 412.

6. DOLAN, P., ADAMS, M. A.: The relationship between EMG aktivity and extensor moment generation in the erector spinae muscles during bending and lifting activities. J. Biomech., 1993, 26, s. 513-522.

7. GRANATA, K. P., ORISHIMO, K. F.: Response of trunk muscle coactivation to changes in spinal stability. J. Biomech., 34, 2001, s. 1117-1123.

8. HARRISON, D. E.: Concurent validity of flexicurve instrument. Measurements: Sagittal skin contour of the cervical spine compared with lateral cervical radiographic mesurements. J. Manipulative Physiol. Ther., 2005, 8, s. 597-603.

9. KENDALL, F. P.: Muscles: testing and fuction with posture and pain. Philadelphia, Williams and Wilkins, 2010, s. 482.

10. KOLÁŘ, P., LEWIT, K.: Význam hlubokého stabilizačního systému v rámci vertebrogenních obtíží. Neurol. Prax., 2005, č. 5, s. 258-262.

11. LAU, K. T. et al.: Relation between sagittal postures of thoracic and cervical spine, presence of neck pain, neck pain severity and disability. Manual Ther., 2010, 15, s. 457-462.

12. MCAVINEY, J. et al.: Determination the relationship between cervical lodosis and neck complaints. J. Manip. Physiol. Ther., 3, 2005, 28, s. 187-193.

13. MORL, F., BRADL, I.: Lumbar posture and muscular activity while sitting during ofﬁce work. J. Electromyogr. Kines., 2012, 12, s. 1-6.

14. MORRIS, C. E. et al.: Vladimir Janda, MD, DrSc; tribute to a master of rehabilitation. Spine, 31, 2006, s. 1060-1064.

15. NG, J. K. F., KIPPERS, V., RICHARDSON, C. A.: Muscle fibre orientation of abdominal muscles and suggested surface EMG electrode positions. J. Electromyogr. Clin. Neurophys., 38, 1998, s. 51-58.

16. O'SULLIVAN, P. et al.: The effect of different standing and sitting postures on trunk muscle activity in a pain-free population. Spine, 2002, 11, s. 1238-1244.

17. PEARSALL, D. J., REID P. M.: Line of gravity relative to upright vertebral posture. J. Clin. Biomech., 1992, 7, s. 80-86.

18. SEZE, P. M.; CAYALATS, J. R.: Anatomical optimalization of skin electrode placement to record elektromyographic activity of erector spinae muscles. Surg. Radiol. Anat., 30, 2008, s. 137-143.

19. SMÍŠEK, R., SMÍŠKOVÁ, K., SMÍŠKOVÁ, Z.: Spirální stabilizace: léčba a prevence bolestí zad. Praha: Smíšek R., 2011. s. 149.