Možnosti biomechanické analýzy spontánní pohybové aktivity u novorozenců

Possibilities of Biomechanical Analysis of Spontaneous Locomotor Activity in Newborn Children

The study provides an introduction to the assessment of the quality of spontaneous physical activity of newborns and subsequently presents a review of published studies on the possibilities of biomechanical analysis for the prediction of neuromotor deficit.

Keywords:

newborn/infant – spontaneous movement activity – biomechanics – movement analysis

Autoři: A. Svobodová ^1,2; M. Janura ¹; Z. Svoboda ¹
Působiště autorů: Katedra přírodních věd v kinantropologii, Fakulta tělesné kultury, Univerzita Palackého v Olomouci ¹; Ústav fyzioterapie, Fakulta zdravotnických věd, Univerzita Palackého v Olomouci ²
Vyšlo v časopise: Rehabil. fyz. Lék., 27, 2020, No. 1, pp. 10-14.
Kategorie: Původní práce

Souhrn

Tento článek poskytuje úvod do problematiky hodnocení kvality spontánní pohybové aktivity novorozenců a následně předkládá přehled publikovaných studií o možnostech biomechanické analýzy k predikci neuromotorického deficitu.

Klíčová slova:

novorozenec – spontánní pohybová aktivita – biomechanika – analýza pohybu

ÚVOD

Vývoj spontánních pohybů novorozenců je přímým prediktorem pro pozdější motorický a behaviorální vývoj (4, 12). Hodnocení kvality spontánních pohybů kojenců poskytuje náhled na funkční integritu centrální nervové soustavy (CNS), což vede k vymezení vývojových milníků, které mohou být užitečné při hodnocení motorických schopností a míry motorického deficitu v raném dětství (23). Spontánní pohybová aktivita novorozenců zobrazuje velký repertoár spontánních pohybů, příkladem „prvních“ pohybů je protahování, zívání, svalové fascikulace (záškuby) a specifický motorický vzor známý jako ,,General Movements“ (GMs; 8).

GMs jsou komplexní pohyby, které jsou přítomné od raného fetálního života (9. gestační týden),3. až do 6. měsíce postnatálně (po termínu porodu). Tyto pohyby zahrnují spontánní aktivitu horních a dolních končetin, hlavy, šíje a trupu (29). U termínovaných novorozenců se spontánní pohybová aktivita vyznačuje nižší variabilitou pohybu než u předčasně narozených novorozenců (16). Na základě variace a stáří novorozence se GMs dělí dále na:

Preterm General Movements (PGMs) – u novorozence přítomny od 28. až do 36.–38. gestačního týdne. Jedná se o extrémně variabilní pohyby trupu a pánve vyznačující se vysokou amplitudou a rychlostí (3).
Writhing Movements (WMs) – začínají se objevovat u novorozence ve 36.–38. gestačním týdnu a přetrvávají postnatálně do 8. týdne. WMs v porovnání s PGMs mají nízkou až střední amplitudu elipsoidního charakteru, a proto je pozorovatelé často označují jako ,,svíjivé“ pohyby (25).
Fidgety movements (FMs) – od 8. postnatálního měsíce začínají být „svíjivé“ pohyby nahrazovány pohyby o menší amplitudě kruhového tvaru, menší velikostí změn zrychlení a vyšší variabilitou zrychlení vyskytující se nepravidelně po celém těle všemi směry. Tyto pohyby se mohou objevovat paralelně i s jinými hrubými pohyby, např. kopáním či vzájemnou manipulací prstů na končetinách či rotace těla (9).

Klinické hodnocení The General Movements Assessment (GMA) pro predikci pohybového postižení u vysoce rizikových novorozenců je založeno na jasně definovaných komplexních pohybech, ale přesto se jedná o subjektivní postup hodnocení závislého na získaných zkušenostech terapeuta (1, 2). Spontánní pohybová aktivita vysoce rizikových novorozenců zahrnuje tzv. abnormální pohyby, které jsou v rámci hodnocení GMs označované jako Cramped-synchronized general movements. Tyto pohyby odrážejí mozkovou dysfunkci a postrádají hladký, plynulý průběh spontánní pohybové aktivity – kontrakce a relaxace svalů trupu a končetin se děje téměř současně (9, 15).

V rámci zvýšení dostupnosti hodnocení pomocí GMA byla v roce 2016 představena zkušební mobilní aplikace Baby Moves. Tato mobilní aplikace byla vytvořena především pro rodiče dětí, které jsou ohroženy dětskou mozkovou obrnou (DMO). Pořízený záznam GMs dítěte je ukládán na centrální úložiště, ze kterého je vzdáleně hodnocen certifikovaným odborníkem přes GMA a rodičům je zpětně poskytnuto vyhodnocení (27). S aplikací Baby Moves dále pracovali Kwong a spol. (19), kteří ve své studii posuzovali děti s nízkým a vysokým rizikem rozvinutí DMO v souvislosti se sociodemografickými proměnnými. Ačkoliv autoři zmíněných studií předpokládají, že používáním aplikace dojde k usnadnění identifikace rizikových novorozenců, nemůže být prozatím používána jako samostatný diagnostický nástroj.

Proto se v současné době nabízí možnost spojit hodnocení GMA s aktuálně dostupnými biomechanickými metodami (21) a vytvořit tak automatizované hodnocení spontánní pohybové aktivity, které by bylo dostatečně citlivé a spolehlivé k včasnému odhalení odchylky od motorického optima (11).

BIOMECHANICKÁ ANALÝZA SPONTÁNNÍ POHYBOVÉ AKTIVITY U NOVOROZENCŮ

Během posledních dvou desetiletí vzniklo několik studií, ve kterých se autoři pokusili o hodnocení spontánní pohybové aktivity u novorozenců s využitím biomechanické analýzy (24). V těchto studiích (tab. 1) byly použity různé biomechanické metody pro sběr dat, které v praxi umožňují přeměnit vizuálně pozorovanou spontánní aktivitu novorozence na měřitelné hodnoty a zároveň mohou poskytnout komplexní popis pohybových vzorů kojenců ve vymezeném čase, přesněji rychlost a zrychlení přesunů úložné báze a koordinaci pohybu mezi jednotlivými segmenty těla (30).

Philippi a spol. (24) ve své studii použili elektromagnetický sledovací systém. Z osmi minisenzorů, umístěných na končetinách novorozence, získali hodnoty pro jejich polohu v průběhu pětiminutového záznamu. To jim umožnilo vypočítat změnu polohy končetin a úhlového nastavení v kloubech. Výsledky kinematického hodnocení překonaly svojí prediktivní validitou výsledky klinického GMA, kde hodnocení dosahovalo výrazně nižších hodnot k predikci rozvinutí DMO. Autoři ve studii také zmínili, že studovaná skupina (32 dětí) měla na základě ultrasonografie mozku a magnetické rezonance diagnostikované mozkové léze. Avšak pouze u 28 % (9 z 32 dětí) se rozvinula DMO, což naznačuje, že klinicky zdokumentované léze mozku nejsou vhodným prediktorem pro budoucí diagnostiku DMO.

Jeng a spol. (18) pro hodnocení spontánní pohybové aktivity na dolních končetinách u novorozenců zvolili 3D kinematickou analýzu (4 synchronizované kamery). Zkoumané proměnné (frekvence kopů, prostorová organizace kopů, interkloubní koordinace, koordinace končetin) byly vybrány tak, aby zahrnuly celý rozsah a složitost vývoje spontánní pohybové aktivity. Výsledkem této studie bylo, že kojenci s nízkým gestačním věkem se projevovali širším repertoárem spontánní pohybové aktivity (vykazují navíc rotační pohyby v oblasti kyčle a kotníku během kopání) než novorozenci narozeni v termínu. K obdobnému závěru se přiklánějí ve své studii i Hálek a spol. (16), kteří za použití 3D kinematické analýzy sledovali rozsah, variabilitu a rychlost pohybu těžiště ležícího novorozence v poloze na zádech. Zmíněné proměnné naměřené u předčasně narozených dětí dosahovaly významně vyšších hodnot (vyšší variability spontánní aktivity) než hodnoty naměřené u novorozenců narozených v termínu. Podle autorů by 3D kinematická analýza mohla být použita k vyšetření spontánních pohybů, a tím tak k brzké diagnostice pohybových poruch, protože na základě polohy těžiště v čase může být nepřímo hodnocena posturální aktivita (16, 18, 20).

Vysoká prediktivní validita pro kvantifikaci spontánní pohybové aktivity byla potvrzena pomocí senzorů měřících zrychlení (akcelerometrů) ve studii Heinze a spol. (17), která byla zaměřena na popis rozdílů u zdravých a rizikových novorozenců s cílem posoudit jejich vývojové milníky v 1., 3. a 5. měsíci od narození. U zkoumaného souboru (23 novorozenců) dosáhla prediktivní validita (míra detekce odchylek v neuromotorickém vývoji) vysokých hodnot. Tyto hodnoty jsou velmi blízké hodnotám získaným pomocí GMA (17). V návaznosti na studii Heinze a spol. (17) uvádějí Gravem a spol. (14), kteří ve svém výzkumu použili také akcelerometry, že pokud se podaří vytvořit spolehlivý model k hodnocení spontánní pohybové aktivity, tak jeho výsledky pomohou v klinické praxi indikovat novorozence s neuromotorickým deficitem a snížit tak délku i množství videozáznamů. Výsledky jejich studie jasně prokázaly, že kombinace klinického hodnocení GMA a vyhodnocení naměřených dat z akcelerometrů je vzhledem ke své vysoké prediktivní validitě vhodným nástrojem pro objektivní posouzení spontánní motorické aktivity novorozenců.

Předešlé studie se zabývaly výhradně posuzováním spontánní pohybové aktivity v supinační poloze. Současné studie, kde je použita k hodnocení spontánní pohybové aktivity tlaková podložka, zahrnují jak supinační, tak stále více u novorozenců diskutovanou pronační polohu (5, 6, 7).

Tlaková podložka přináší možnost monitorování parametrů působiště reakční síly – Centre of Pressure (COP; 7). Z interakce mezi novorozencem a tlakovou podložkou lze určit celkovou trajektorii COP i variabilitu pohybu COP v kaudocephalickém a mediolaterálním směru (5). Zmiňované veličiny jsou považovány za dostatečně senzitivní k odhalení atypického posturálního vývoje novorozenců (6, 10, 13, 26).

Stergiou a Decker (28) ve své studii upozorňují, že u předčasně narozených dětí byla pozorována nižší stabilita v supinační pozici těla v prostoru, tzn. menší kontakt těla s podložkou než v pronační poloze. Nižší stabilita novorozence úzce souvisí se zvýšenou opakující se spontánní pohybovou aktivitou (22). Děti narozené předčasně se projevují stereotypními vzory pohybů, které vedou k velkým a opakujícím se výchylkám rychlosti COP a celkové trajektorie COP, a proto je jejich posturální stabilita hodnocena jako horší (28).

Dusing (5) ve své studii zmiňuje, že předčasně narození novorozenci, ležící v supinační poloze, využívají k dosažení cíle repetitivních pohybových vzorů, ale nejsou schopni adaptační variability v kraniokaudálním směru, dokud neudrží hlavičku v mediální (střední) rovině. Ve směru mediolaterálním nejsou schopni redukce výchylek pohybu COP z důvodu snížené schopnosti výběru vhodné pohybové strategie.

ZÁVĚR

Ve světě není prozatím zavedeno žádné standardizované vyšetření novorozenců, které by dokázalo objektivně detekovat novorozence s neuromotorickým deficitem.

Záznamy a výsledky, získané pomocí výše zmiňovaných biomechanických metod, jsou svojí prediktivní validitou srovnatelné s klinickým hodnocením spontánní pohybové aktivity GMA. Na základě biomechanických parametrů, získaných z delšího časového intervalu při spontánním projevu novorozence, lze popsat jeho pohybové chování. I přes slibné výsledky je využívání biomechanických metod v novorozenecké praxi stále na samém začátku, zejména z důvodu časové a technické náročnosti.

Poděkování

Tento článek vznikl v rámci projektu IGA FTK 2019_009 s názvem ,,Objektivní hodnocení posturálního chování novorozenců.“

Adresa ke korespondenci:

Mgr. Alena Svobodová

Rumunská 789/11

779 00 Olomouc-Neředín

e-mail: alena.svobodova@upol.cz

Zdroje

1. ADDE, L., HELBOSTAD, J. L., JENSENIUS, A. R., TARALDSEN, G., STØEN, R.: Using computer-based video analysis in the study of fidgety movements. Early Hum. Dev., roč. 85, 2009, č. 9, s. 541-547.

2. BERGE, P. R., ADDE, L., ESPINOSA, G., STAVDAHL,Ø.: ENIGMA – Enhanced interactive general movement assessment. Expert Syst. App., roč. 34, 2008, č. 4, s. 2664-2672.

3. DE VRIES, N. K. S., ERWICH, J. J. H. M., BOS, A. F.: General movements in the first fourteen days of life in extremely low birth weight (ELBW) infants. Early Hum. Dev., roč. 84, 2008, č. 11, s. 763-768.

4. DISSELHORST-KLUG, C., HEINZE, F., BREITBACH-FALLER, N., SCHMITZ-RODE, T., RAU, G.: Introduction of a method for quantitative evaluation of spontaneous motor activity development with age in infants. Exp. Brain Res., roč. 218, 2012, č. 2, s. 305-313.

5. DUSING, S. C.: Postural variability and sensorimotor development in infancy. Dev. Med. Child Neurol., roč. 58, 2016, č. S4, s. 17-21.

6. DUSING, S. C., IZZO, T. A., THACKER, L. R., GALLOWAY, J. C.: Postural complexity differs between infant born full term and preterm during the development of early behaviors. Early Hum. Dev., roč. 90, 2014, č. 3, s. 149-156.

7. DUSING, S., MERCER, V., YU, B., REILLY, M., THORPE, D.: Trunk position in supine of infants born preterm and at term: an assessment using a computerized pressure mat. Pediatr. Phys. Ther., roč. 17, 2005, č. 1, s. 2-10.

8. EINSPIELER, C.: Early markers for unilateral spastic cerebral palsy in premature infants: Commentary. Nat. Clin. Pract. Neuro., roč. 4, 2008, č. 4, s. 186–187.

9. EINSPIELER, C., PRECHTL, H.: Prechtl’s assessment of general movements: a diagnostic tool for the functional assessment of the young nervous system. Ment. Retard. Dev. Disabil. Res. Rev., roč. 11, 2005, č. 1, s. 61-70.

10. FALLANG, B., SAUGSTAD, O. D., HADDERS-ALGRA, M.: Goal directed reaching and postural control in supine position in healthy infants. Behav. Brain Res., roč. 11, 2000, č. 1, s. 9-18.

11. FAN, M., GRAVEM, D., COOPER, D. M., PATTERSON, D. J.: Augmenting gesture recognition with Erlang-Cox models to identify neurological disorders in premature babies. In: Proceedings of the 2012 ACM Conference on Ubiquitous Computing, New York, ACM, 2012, s. 411-420. ISBN 978-1-4503-1224-0.

12. FJØRTOFT, T., USTAD, T., FOLLESTAD, T., KAARESEN, P. I., ØBERG, G. K.:_Does a parent-administrated early motor intervention influence general movements and movement character at 3 months of age in infants born preterm? Early Hum. Dev., roč. 112, 2017, s. 20-24.

13. GAETAN, E. M., MOURA-RIBEIRO, M. V. L.: Developmental study of early posture control in preterm and fullterm infants. Arq. Neuro-Psiquiatr., roč. 60, 2002, č. 4, s. 954-958.

14. GRAVEM, D., SINGH, M., CHEN, C., RICH, J., VAUGHAN, J., GOLDBERG, K., PATTERSON, D.: Assessment of infant movement with a compact wireless accelerometer system. J. Med. Devices., roč. 6, 2012, č. 2, čl. 021013.

15. GUZZETTA, A., PIZZARDI, A., BELMONTI, V., BOLDRINI, A., CAROTENUTO, M., D’ACUNTO, G., FERRARI, F., FIORI, S., GALLO, C., GHIRRI, P., MERCURI, E., ROMEO, D., ROVERSI, M. F., CIONI, G.: Hand movements at 3 months predict later hemiplegia in term infants with neonatal cerebral infarction. Dev. Med. Child Neurol., roč. 52, 2010, č. 8, s. 767-772.

16. HÁLEK, J., MŮČKOVÁ, A., SVOBODA, Z., JANURA, M., MAŘÍKOVÁ, J., HORÁKOVÁ, K., NĚMCOVÁ, N.: Kinematic analysis of preterm newborns’ spontaneous movements for postural activity assessment. Biomed. Pap., Med. Fac. Univ. Palacky Olomouc Czech Repub., roč. 159, 2015, č. 4, s. 657-660.

17. HEINZE, F., HESELS, K., BREITBACH-FALLER, N., SCHMITZ-RODE, T., DISSELHORST-KLUG, C.: Movement analysis by accelerometry of newborns and infants for the early detection of movement disorders due to infantile cerebral palsy. Med. Biol. Eng. Comput., roč. 48, 2010, č. 8, s. 765-772.

18. JENG, S. F., CHEN, L. C., YAU, K. I.: Kinematic analysis of kicking movements in preterm infants with very low birth weight and full-term infants. Phys. Ther., roč. 82, 2002, č. 2, s. 148-159.

19. KWONG, A. K. L., EELES, A. L., OLSEN, J. E., CHEONG, J. L. Y., DOYLE, L. W., SPITTLE, A. J.: The Baby Moves smartphone app for General Movements Assessment: Engagement amongst extremely preterm and term-born infants in a state-wide geographical study. J. Paediatr. Child Health, roč. 55, 2019, č. 5, s. 548-554.

20. LANDGRAF, J. F., CARVALHO, R. P., TUDELLA, E.: Method for the kinematic analysis of kicking movement in infants. Fisioter. Pesqui., roč. 20, 2014, č. 1, s. 56-63.

21. MARCROFT, C., KHAN, A., EMBLETON, N. D., TRENELL, M., PLÖTZ, T.: Movement recognition technology as a method of assessing spontaneous general movements in high risk infants. Front. Neurol., roč. 6, 2015, čl. 284.

22. MONTEROSSO, L., KRISTJANSON, L. J., COLE, J., EVANS, S. F.: Effect of postural supports on neuromotor function in very preterm infants to term equivalent age. J. Paediatr. Child Health, roč. 39, 2003, č. 3, s. 197-205.

23. OHGI, S., MORITA, S., LOO, K. K., MIZUIKE, C.: A dynamical systems analysis of spontaneous movements in newborns infants. J. Motor. Behav., roč. 39, 2007, č. 3, s. 203-214.

24. PHILIPPI, H., KARCH, D., KANG, K. S., WOCHNER, K., PIETZ, J., DICKHAUS, H., HADDERS-ALGRA, M.: Computer-based analysis of general movements reveals stereotypies predicting cerebral palsy. Dev. Med. Child Neurol., roč. 56, 2014, č. 10, s. 960-967.

25. PRECHTL, H.: General movement assessment as a method of developmental neurology: New paradigms and their consequences—the 1999 Ronnie Mac Keith lecture. Dev. Med. Child Neurol., roč. 43, 2001, č. 12, s. 836-842.

26. RIHAR, A., MIHELJ, M., PAŠIČ, J., KOLAR, J., MUNIH, M.: Infant trunk posture and arm movement assessment using pressure mattress, inertial and magnetic measurement units (IMUs). J. NeuroEng. Rehabil., roč. 11, 2014, čl. 133.

27. SPITTLE, A. J., WALSH, J., OLSEN, J. E., MCINNES, E., EELES, A. L., BROWN, N. C., ANDERSON, P. J., DOYLE, L. W., CHEONG, J. L. Y.: Neurobehaviour and neurological development in the first month after birth for infants born between 32-42 weeks’ gestation. Early Hum. Dev., roč. 96, 2016, s. 7-14.

28. STERGIOU, N., DECKER, L. M.: Human movement variability, nonlinear dynamics, and pathology: Is there a connection? Hum. Mov. Sci, roč. 30, 2011, č. 5, s. 869-888.

29. TOMANTSCHGER, I., HERRERO, D., EINSPIELER, C., HAMAMURA, C., VOOS, M. C., MARSCHIK, P. B.: The general movement assessment in non-European low- and middle-income countries. Rev. Saude Publ., roč. 52, 2018, čl. 6.

30. WINTER, D. A.: Biomechanics as an interdiscipline. In: Biomechanics and motor control of human movement (4th ed.). Hoboken, John Wiley & Sons, 2009. ISBN 978-0-470-39818-0.