SVALOVÉ SYNERGIE HORNÍ KONČETINY:
POLYEMG STUDIE PRO KLINICKOU PRAXI

Overview

Problématika lidského pohybu je v jeho řízení. Pro výběr unikátních pohybových vzorů z široké variability možných provedení pohybu se často používá termín Bernsteinův problém. Funkční svalové synergie chápeme jako individuální fenotypy senzomotorického systému, které jsou regulovány dvojí paralelní cestou, descendentními signály a současně senzorickými informacemi z efektorů.

Prezentujeme výsledky vlastní polyelektromyografické studie. Dokumentují konkrétní vztahy mezi aktivací proximálních a distálních svalů horní končetiny během uniformních pohybů akra, držícího gyroskop. Opakované rytmické pohyby distální částí končetiny jsou iniciované volně, ale v dalším průběhu jsou udržované a reflexně regulované periferními senzorickými vstupy, generované servomechanickým působením gyroskopu.

V polyelektromyografickém záznamu jsme u zdravých probandů prokázali statisticky úzké korelace mezi aktivitou pletencových svalů serratus anterior a infraspinatus a současně aktivitou distálnějších extenzorů předloktí. U nemocných s degenerativní patologií rotátorové manžety byla distribuce svalových aktivit mezi akrem a pletencem zcela odlišná, zřetelný pokles výkonu extenzorů předloktí i serratus anterior provázela převaha latissimus dorsi a trapezius.

Výsledky experimentu jsou užitečné pro klinickou praxi. Ukazují přímý funkční vztah mezi aktivitou předloketních svalů a aktivitou svalů rotátorové manžety ramene. Současně význam facilitace musculus serratus anterior pro funkční obnovu motoriky pletence i akra horní končetiny.

Klíčová slova:
svalová synergie, rameno, proximální a distální koordinace, povrchová elektromyografie, PEMG, rotátorová manžeta

ÚVOD

V klinické rehabilitaci ruky si často klademe otázky, které se týkají svalových synergií horní končetiny a současně podmínek obnovy její účelové motoriky. Předpokládáme, že horní končetina reaguje jako celek, společně s ostatní pohybovou periferií. Stále nezodpovězenou otázkou je, jak přesně terapeuticky zlepšit anebo alespoň kompenzovat konkrétní funkční ztrátu. Zejména funkční ztrátu v ideomotorice ruky, pro člověka v „nejdůležitějších“ účelových činnostech.

V dosavadních klinických experimentech byla opakovaně prokázána souvislost mezi akrální a pletencovou motorikou (5, 8, 11, 16, 20).) Přesněji však jde o průkaz korelací a nikoli kauzálních vztahů.

Mnoho studií verifikuje algoritmy v časoprostorových charakteristikách náboru svalové aktivity z polyelektromyografického záznamu (PEMG) (3, 13).

Získané poznatky se testují v klinické praxi. Z konkrétní funkční ztráty, zejména z následků jednoznačnější traumatologické nebo z širší neurologické patologie, se snažíme pochopit alespoň trendy v reaktivitě motorického systému (včetně CNS) na tyto změny, a tím blíže identifikovat „vstupní brány pro cílenější terapeutickou intervenci“. Snahou také je, abychom stále nepokračovali v dosud obvyklém rehabilitačním nářečí, že „děláme vše, co umíme“, nebo vágním popisu „fyzioterapie podle klinického obrazu“, anebo také „jedině naše (fyzioterapie) je správná“. Rozhodli jsme v sérii navazujících klinických experimentů přispět k řešení tohoto problému obnovy svalových synergií.

NEUROFYZIOLOGICKÁ VÝCHODISKA

Nicolai Bernstein (1896 – 1966) formuloval principy, které dobře korespondují s konvenční terapeutickou praxí. Jak se motoricky učíme, resp. jak se adaptujeme na měnící se podmínky možné realizace cíleného účelného pohybu.

Lidskou motoriku charakterizuje komplexnost, tedy nikoli lineární vztah mezi podněty a motorickými výstupy. Nezbytností je nabídka „neomezeného“ množství stupňů volnosti. K podobné trajektorii pohybu vede vždy více motorických signálů. To dovoluje až nesmírnou plasticitu a současně adaptabilitu, ale současně klade značné nároky na procesy řízení. Po určité době (tréninku) ale celkem pravidelně dochází k osvojení uspokojivé koordinace a adjustace jemných pohybů. V praxi to je nejvíce zřetelné na ideomotorice lidské ruky.

Bernsteinův problém (řešení) volně interpretujeme tak, že na začátku jakékoliv mimovolní „pohybové adaptace“ nebo volního pohybového učení je nezbytné omezit „stupně volnosti“ na pohybové periferii. Až v další fázi, při postupném osvojování pohybové dovednosti, se toto omezení (free­zing) postupně rozvolňuje a napojují se další stupně volnosti (freeing). Stále více si přidáváme další a další funkční nároky, ve fyzioterapii nejčastěji (ale nejen) zevní nároky, od změn celkového držení těla přes nejrůznější pozice předloktí a zápěstí až k docela precizní souhře jednotlivých článků prstů ruky. Konečně poslední nezbytnou fází je výběr (selekce) - pro jedince a danou situaci - nejúčinnějšího řešení pohybové koordinace, nebo také pohybové strategie. S tímto principem je ve shodě empirická fyzioterapie ruky i zásady výchovy instrumentálních dovedností: Od počátečního imperativu omezení stupňů volnosti, přes následné progresívní uvolnění ke specifické selekci jednotlivých funkčních synergií.

Latash (13) navrhl z části jiný pohled na motorické synergie. Zdůrazňuje ideu, že nervový systém nevyhledává specifická řešení k eliminaci nadbytečných stupňů volnosti, ale raději použije určité sety elementárních proměnných, které korigují chyby při dosahování zadaného cíle. Atraktivní koncepce vysvětluje jak plasticitu, tak i stabilitu funkčních svalových synergií: Skutečně stabilní systém je systém otevřený, je schopný zpracovat množství zevních vlivů. Latash tento koncept interpretuje jako následek „ funkční neurální organizace“. Další recentní studie tuto koncepci podrobily kritice, ale dospěly ke shodě, že svalové synergie mohou prezentovat základní („úhelné“) kameny pohybu, které jsou definované charakteristickými vzory aktivace napříč (topografickým) spektrem mnoha svalů. Přitom tyto funkční kombinace jsou zřejmě unikátní pro každého dospělého jedince, současně ale mají charakteristické znaky a vykonávají velmi obdobné funkce (18, 22, 23).

Pohybová funkce horní končetiny, a zejména motorika ruky, má prakticky nekonečné množství variant. Přesnější kvantifikace (například pro formy testů sebeobsluhy) je obtížná, hlavně pro existenci množství stupňů volnosti, a tedy širokou inter-individuální i intra-individuální variabilitu provedení pohybového cíle.

Současně jde také o problém inter-experimentální variability. Oproti „mnoha standardům“ analýzy lidské chůze nemáme konkrétnější specifické testy pro funkce ruky. Ale upřímně, neexistují konkrétnější funkční testování celé horní končetiny. Můžeme zatím pouze s pokorou vnímat jak je lidská ruka i celá horní končetina nesmírně plastickým funkčním systémem (14, 19, 24). Vstupní otázkou pro praxi je bližší pochopení vztahů mezi pletencem a rukou.

CÍL STUDIE

Cílem naší pilotní studie bylo zhodnotit pomocí povrchové elektromyografie (PEMG) souvislost pohybu akra horní končetiny s aktivitou pletencového svalstva. V podmínkách a možnostech studijního materiálu zdravých probandů z řad běžné populace a relativně konzistentního souboru nemocných a možnostech povrchové polyelektro­myografie.

METODIKA

Soubory probandů

Soubor zdravých probandů (Z) reprezentovalo 37 jedinců. Při jejich výběru jsme sledovali tato kritéria: Rovnoměrné zastoupení obou pohlaví a funkční dominanci pravé horní končetiny ve výběrových testech (psaní a přesný hod míčkem na cíl). V souboru bylo 19 žen a 18 mužů, v průměrným věkem 27,7 let (min. 21 až max. 45 let). Průměrná hodnota Body Mass Index (BMI) všech probandů v souboru byla 22,20.

Výběr probandů do druhého souboru nemocných (P) splňoval tato kritéria: Rovněž rovnoměrné zastoupení obou pohlaví a funkční dominanci pravé horní končetiny ve stejných výběrových testech. Kromě epikrízy 2-7 měsíců trvající dynamicky provokované bolesti dominantního ramene a současně makroskopicky (v MR obraze i artroskopicky) verifikovaná patologie struktur rotátorové manžety. Při měření byli nemocní již ve fázi subakutní bez klidové (noční) bolesti a bez zásadního (bolestivého) omezení pohyblivosti paže. V této skupině (P) bylo 12 žen a 20 mužů. Průměrný věk 37,5 let (od 21 do 53 let), průměrná hodnota BMI byla 23,54. Míra destrukce rotátorové manžety odpovídala maximálně 3. stupni Batemanovy klasifikace nebo III. a Gschwendovy klasifikace (2).

Metodika měření

Povrchový polyelektromyografický záznam byl snímán pouze na svalech pravé dominantní končetiny. Funkční lateralitu ruky jsme hodnotili pouze z odpovědi na otázku „kterou rukou píšete“ a orientačním „testem přesného hodu“.

Proband prováděl v pozici vzpřímeného stoje cyklický pohyb akrem horní končetiny ve formě cirkumdukce. Standardní provedení tohoto pohybu bylo zajištěno pomocí zařízení fungující na principu gyroskopu (firemní název powerball), tedy koule rotující kolem osy, jejíž konce jsou zapojeny do ocelového prstence (obr. 1). Kinetická energie, daná „zevní silou“ gyroskopu, je převzata rukou a ta ji zpětně gyroskopu dodává, aby jeho rotor udržela v pohybu. Prakticky to znamená, že síla ruky zvyšuje rotaci powerballu, ale zároveň s tím zvyšuje i odpor, který produkuje odstředivá síla. Výhodou powerballu pro náš experiment je fakt, že není možné udržet jeho konstantní otáčky jiným způsobem pohybu nežli cirkumdukcí zápěstí. Pohybem, např. v ramenním kloubu, není dosaženo požadované frekvence a otáčky powerballu klesají až na nulu. Proband měl po dobu 1 minuty udržovat stejnou frekvenci otáček a zároveň byl pořízen PEMG záznam vybraných akrálních a pletencových svalů.

Snímání elektrické aktivity svalů proběhlo pomocí šestnáctikanálového povrchového elektromyografu MyoSystem 1400 (Noraxon) se softwarem MyoVideo 1.3, umožňující synchronní pořízení videozáznamu. Snímali jsme celkem 7 svalů: m. serratus anterior (SA),  m. trapezius - pars ascendens (TR h.), m. trapezius - pars transversa (TR s.), m. latissimus dorsi (LD), m. infraspinatus (INF), mm. extensores antebrachii (EXT), m. flexores antebrachii (FL).

PEMG záznamy byly standardně zpracovány a vyhodnoceny v programu MyoResearch 2.10 (rektifikace a vyhlazení RMS s oknem 25 ms). Standardizaci parametrů Mean Amplitude (průměrná amplituda) ve sledovaných časových úsecích jsme provedli k tzv. aktivační hodnotě svalu (průměrná klidová hodnota amplitudy + její 2 směrodatné odchylky). Pro statistické zpracování byly jako výsledné parametry použity násobky aktivačních hodnot jednotlivých svalů. Pro statistické zpracování dat byl použit Mann-Whitneyův U-test, vícefaktorová ANOVA a pro porovnání dvojic Fischerův LSD test.

VÝSLEDKY

Pro splnění daného cíle zjistit souvislost mezi ideo­motorikou a posturální motorikou jsme zpracování výsledků zaměřili k odpovědi na tyto otázky:

1. Lze popsat charakteristické svalové synergie pletencového svalstva provázející konkrétní pohyb ruky?
2. Je možné prokázat synergistickou aktivitu sledovaných pletencových a předloketních svalů?
3. Jaký vliv má patologie v oblasti ramenního pletence, konkrétně st.p. sutuře rotátorové manžety, na tyto jevy?

Nejprve jsme hodnotili korelační koeficienty mezi dvojicemi svalů jako metodu určení jejich vzájemné síly vztahu. Párování proběhlo při počtu párovaných hodnot n = 900. Kritická hodnota na hladině významnosti 0,05 odpovídá hodnotě 0,6. Pro větší korektnost výsledku byla zvolena, vzhledem k velkému počtu prvků, hodnota 0,1. Statistickou významnost korelací si ozřejmujeme jako zhodnocení relativních četností výskytu, porovnání pacientů a zdravých probandů pak pomocí Mann-Whitneyova U-testu. Pro vyhodnocení statisticky významných rozdílů mezi výkonem jednotlivých svalů byl použit LSD test (vícefaktorová ANOVA). Jako první byly objektivizovány svalové synergie pletencových svalů při cyklickém pohybu akra (graf 1).

Vysoké korelační koeficienty a současně statistickou  významnost společného zapojení vykazují dvojice svalů: m. serratus anterior a m. trapezius p. descendens, m. serratus anterior a m. trapezius pars transversa, m. infraspinatus je ve vysokých korelacích s m. serratus anterior a m. trapezius – střední částí a v přímém antagonismu s m. latissimus dorsi (prokázáno negativní korelací). Tyto funkční vztahy poukazují na význam aktivní svalové stabilizaci lopatky pro funkci zevních rotátorů paže.

V další fázi studie jsme hledali odpověď na otázku existence zdánlivě vzdálených svalových synergií – akrálních a pletencových svalů. Byl nalezen statisticky významný rozdíl v korelacích m. infraspinatus a extenzorů zápěstí a mezi nimi a m. serratus anterior. Jak můžeme sledovat na příkladu v grafu 2, křivky svalů mají společný průběh, jen vykazují vzájemný časový posun vůči sobě. Z důvodu časového posunu byla provedena křížová korelace. Časový posun průběhu křivek aktivity jednotlivých svalů se pohyboval do 100 ms, což vzhledem k délce jednoho cyklu pohybu akra 500 ms představuje velmi krátký úsek pohybu, konkrétně zápěstí do dorzální flexe.

V další fázi studie jsme se pokusili objektivizovat vliv patologie v oblasti ramenního pletence na výkonnost akrálního projevu. V naší studii jsme vycházeli z názoru, že léze manžety rotátorů má za následek významné narušení stability glenohumerálního kloubu a je vyústěním poruchy koordinované funkce svalů ramenního pletence. Konvenčně se uvažuje často jen o svalech RM. Z klinické empirie víme o stejně časté a významné dysfunkci m. serratus anterior. Existují studie, potvrzující sníženou aktivitu tohoto svalu u těchto muskuloskeletních nemocných (15). K podobnému výsledku jsme dospěli pomocí matematické analýzy plochy pod křivkou záznamu m. serratus anterior v testovaných podmínkách a velikost integrálů byla porovnána mezi zdravou a kontrolní skupinou. Skupina pacientů vykazovala nižší hodnoty ve všech fázích hodnocených sekvencí pohybu, což je považováno za projev svalové únavy, snížení výkonnosti.

V poslední fázi studie byly prokázány změny v proximálních svalových synergiích mezi zdravou a kontrolní skupinou. Pozorovali jsme významné snížení korelace u všech dvojic s m. serratus anterior, které u zdravých probandů vykazovaly vysoké korelace (viz výše). Naopak byla zjištěna pozitivní korelace mezi m. serratus anterior a m. latissimus dorsi, na rozdíl od skupiny zdravých probandů, u kterých byl jejich vztah reciproční. Můžeme tak usuzovat na neekonomickou synchronní aktivitu zevně a vnitřně-rotačních svalů paže, jejímž cílem je naprosto uniformním způsobem zajistit funkční stabilitu glenohumerálního kloubu bez schopnosti přizpůsobovat míru své aktivace vzhledem k prováděnému úkonu akra (graf 3). Tato ztráta variabilně se adaptovat na zevní podmínky se projevila také v následujících výsledcích, kdy došlo k významným rozdílům v průměrných hodnotách korelací u zdravých probandů a pacientů mezi proximálními a distálními svaly. Nejvýznamněji došlo k poklesu souhlasné aktivity u dvojice m. serratus anterior a mm. extensores antebrachii – o více než 76 % (graf 4). Současně skupina pacientů s lézí rotátorové manžety vykazuje celkově nižší výkon v zapojení extenzorů a flexorů zápěstí (při analýze plochy pod křivkou záznamu).

DISKUSE A ZÁVĚR

Výsledky našeho experimentu objektivizují předpokládané kineziologické souvislosti i terapeutickou empirii. Poukázali jsme na existenci určitých preferenčních zákonitostí svalových souher, nutných pro zajištění dynamického pohybu ruky. Současně se prokázala závislost výkonnosti akrálního projevu na kvalitě proximálního zajištění.

Skupina pacientů s lézí rotátorové manžety vykazuje změny v distribuci svalové aktivity ve srovnání se souborem zdravých probandů. Kromě výše uvedeného snížení výkonu m. serratus anterior a extenzorů a flexorů zápěstí (při analýze plochy pod křivkou záznamu) dochází naopak v případě některých proximálních svalů, konkrétně m. infraspinatus, m. latissimus dorsi a horní trapezius k významně vyšší aktivitě než u skupiny zdravých. Nejvyšší nárůst aktivity zaznamenáváme u m. trapezius p. descendens. Stejný výsledek nárůstu aktivity horní části trapézového svalu a pokles aktivity m. serratus anterior prezentují ve své studii Ludewig a Cook (15). Také studie Kelly a kol. (9) uvádí signifikantní rozdíl v nárůstu aktivity m. supraspinatus a horního trapeziu u pacientů s lézí rotátorové manžety během zadaných úkolů formou funkčních testů horní končetiny. Bohužel není v možnostech povrchové elektromyografie snímat aktivitu svalstva hlouběji uloženého, které se na stabilizaci segmentu podílí prioritně.

Pro terapii může být významnou informací souvislost aktivity extenzorů zápěstí s m. serratus anterior a m. infraspinatus. Dosažení koordinované souhry těchto svalů, ve „funkčním antagonismu“ s dalšími svaly lopatkového pletence, je podstatou funkční stabilizace pletence ramenního. Nalézt způsob facilitace aktivity těchto svalů je klíčem pro reedukaci elevačních a zevně rotačních pohybů paže u následků poruch ramenního pletence v podstatě jakékoli etiologie.

Mgr. et Mgr. Petra Bastlová, Ph.D.
Ústav fyzioterapie FZV UP
I. P. Pavlova 6
775 20 Olomouc
e-mail: petra.bastlova@upol.cz