KLINICZNA OCENA STABILNOŚĆI POSTAWY

Biomechaniczna ocena aktywności ruchowej przydatna jest w diagnostyce klinicznej. Wszelkie zmiany w funkcjonowaniu układu ruchowego (w części sterującej – ukł. nerwowy i wykonawczej – mięśnie) są źródłem różnych objawów, które można czasami zarejestrować.

Deficyt ruchowy powoduje np. sztywnienie mięśni, zmiany w zakresie szybkości reakcji i wykonania ruchu lub koordynacji ruchów. Warunkiem niezbędnym do właściwego projektowania badań diagnostycznych oraz interpretacji wyników jest wiedza na temat sterowania aktywnością ruchową.

Aktywność ruchowa człowieka obejmuje zarówno mimikę twarzy, utrzymywanie równowagi jak i lokomocję oraz ruchy dowolne o różnym stopniu złożoności. Związane z nimi procesy nabywania reakcji ruchowej są także źródłem informacji na temat stanu układu ruchowego. Kontrola postawy stojącej jest w tym zbiorze szczególnym elementem. Prawidłowa, stabilna postawa jest warunkiem niezbędnym realizacji większości ruchów dowolnych i lokomocji. Dlatego badanie stabilności posturalnej wchodzi w skład większości testów klinicznych.

Podstawowym celem biomechanicznej oceny postawy jest przede wszystkim stwierdzenie, czy u pacjenta występuje problem niestabilności posturalnej i czy ewentualnie jest on w grupie osób zagrożonych upadkiem.

Kontrola równowagi jest postrzegana jako złożony proces, w którym zaangażowane są różne systemy czuciowe oraz planowanie i uczenie się. Badanie równowagi to nie tylko analiza kontroli położenia środka ciężkości ciała w polu podparcia, ale również takich procesów, jak precyzja utrzymania pionu oraz stabilność położenia głowy, tułowia i kończyn. Klinicystów interesują również strategie kompensujące ubytek równowagi oraz reakcje na zaburzenia równowagi w różnych stanach patologicznych.

Objawy zaburzeń posturalnych są zazwyczaj niespecyficzne. Na przykład pacjenci mogą wykazywać w klinicznych testach równowagi ograniczoną zdolność posługiwania się informacją przedsionkową w przypadkach różnych patologii. Lista tych patologii może obejmować zmiany degeneracyjne receptorów przedsionkowych, guzy VIII nerwu czaszkowego oraz uszkodzenia niektórych obszarów pnia mózgu czy móżdżku. Również pacjenci ze stwardnieniem rozsianym mogą wykazywać złożone objawy posturalne zależnie od stopnia, w jakim zajęte są drogi systemu somatosensorycznego, przedsionkowego, wzrokowego, ruchowego.            Tylko nieliczne zaburzenia równowagi są charakterystyczne dla określonej neuropatii, jak to ma miejsce w chorobie Parkinsona.

Na kontrolę równowagi składa się działanie wielu mechanizmów, które nie są zazwyczaj związane z pojedynczym obszarem mózgu.

Systemową ocenę kontroli stabilności postawy można rozpatrywać w trzech kategoriach: biomechanicznej, koordynacyjnej i organizacji sensorycznej.

1. W ocenie biomechanicznej badający koncentruje się na sprawności narządu ruchu. W tym przypadku najczęściej badane są tonus i siła skurczu mięśni oraz zakres ruchomości stawów.

2. Koordynacja ruchowa podlega ocenie w aspekcie zarówno czasowym, jak i przestrzennym. Sprawdza się przede wszystkim szybkość i precyzję wykonywanych przez pacjenta ruchów. Ocenie systemowej podlegają również wrodzone i nabyte wzorce ruchowe oraz ich możliwości adaptacyjne.

3. W zakresie organizacji sensorycznej oceniane są zazwyczaj progi czułości wejść sensorycznych zaangażowanych w percepcji pozycji i ruchu poszczególnych części ciała. Także zaliczamy tu poczucie pionu, i ocena percepcji nachylenia płaszczyzny podparcia.

Stabilność a równowaga

Równowaga to pewien określony stan układu posturalnego. Stan ten charakteryzuje pionowa orientacja ciała osiągnięta dzięki zrównoważeniu działających na ciało sił oraz ich momentów. Równowagę zapewnia uklad nerwowy przez odruchowe napięcie odpowiednich grup mięśni nazywanych posturalnymi lub antygrawitacyjnymi (ryc. 7.1). W trakcie lokomocji przez fazową aktywność mięśniową utrzymywana jest typowa dla postawy człowieka pionowa orientacja głowy i tułowia.

Stabilność jest pojęciem szerszym i oznacza zdolność do odzyskiwania stanu równowagi. W przypadku postawy człowieka stabilnością nazywamy zdolność do aktywnego przywracania typowej pozycji ciała w przestrzeni, utraconej w wyniku działania czynników destabilizujących (własnej aktywności ruchowe, sił zewnętrznych).

Wrażliwość postawy na działanie bodźców destabilizujących określa się mianem „stabilności funkcjonalnej”.

Stabilność układu przy zmianach struktury sterowania to „stabilność strukturalna”.

Zmiana struktury sterowania może odbywać się przez działanie stałym bodźcem zakłócającym (siła zewnętrzna), zmianę lub ograniczenie bodźców wzrokowych (oczy zamknięte, otwarte), modyfikację powierzchni podparcia (np. stanie na jednej nodze lub w wykroku), upośledzenie kontroli stabilności przez zakłócenie pracy układów sensorycznych zaangażowanych w kontrolę równowagi. Stosuje się między innymi blokady nerwowe, drażnienie błędnika prądem galwanicznym oraz wibracje mechaniczne ścięgien. W takim kontekście upośledzenie stabilności spowodowane chorobą lub starzeniem się jest zaliczane do zmian strukturalnych.

Układy referencyjne oraz sygnały kontrolujące postawę stojącą

Wyznacznikiem stabilności postawy stojącej może być położenie ogólnego środka ciężkości ciała (OSC lub ang. center of gravity – COG; ) względem granic pola podparcia. Położenie COG, a tym samym stabilną postawę stojącą, zapewnia ciągła kontrola obejmująca swym zasięgiem różne poziomy układu nerwowego. System kontroli równowagi ma 3 podstawowe wejścia sterujące związane z różnymi układami sensorycznymi: przedsionkowym, wzrokowym, proprioreceptywnym. Informacje proprioreceptywne skutecznie uzupełniają mechanoreceptory skórne. Sygnały tych wejść są źródłem informacji o pozycji ciała oraz jego orientacji względem zewnętrznego i wewnętrznego układu odniesienia. Zdaniem neurofizjologa Masiona układ posturalny posługuje się zewnętrznym układem referencyjnym, tworzonym na podstawie pola grawitacyjnego oraz bodźców wzrokowych.

Układ wewnętrzny utworzony jest w ośrodkowym układzie nerwowym, na podstawie poszczególnych wzorców aktywności sensorycznej, odpowiadających prawidłowej postawie, przez polimodalne reprezentacje, tzw. schematy ciała (body schema; hipoteza Head’a potwierdzona przez Penfield’a). Stwierdzono, że mimo braku zewnętrznego układu odniesienia człowiek jest w stanie w warunkach nieważkości odtworzyć ogólną charakterystykę postawy wyprostowanej.

Obecnie uważa się, że stabilna, ośrodkowa reprezentacja ciała jest częściowo zdeterminowana genetycznie, a częściowo nabywana w procesie uczenia się w trakcie rozwoju osobniczego. Reprezentacja taka pozwala na pionową orientację ciała oraz wzajemne prawidłowe położenie poszczególnych jego części (członów). Zawiera ona informację na temat indywidualnych cech morfologicznych (kształt i rozmiary) oraz o charakterystyce dynamicznej poszczególnych członów.

Ośrodkowa reprezentacja ciała tworzona jest na podstawie sygnałów z receptorów mięśniowych, ścięgnowych, stawowych i skórnych. Receptory te  przekazują do mózgu informacje o wzajemnym położeniu i o ruchach poszczególnych części ciała, a także zwrotnie przekazują do układów wykonawczych (mięśni) sygnały utrzymujące równowagę.

Zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne układy odniesienia pozwalają na  monitorowanie odchyleń od stanu równowagi. Wzrok oraz system przedsionkowy są układami lokalnymi monitorującymi położenie głowy w przestrzeni. W przeciwieństwie do nich proprioreceptory tworzą siec czujników obejmujących swym zasięgiem całe ciało.

Każde z wymienionych tutaj wejść sensorycznych realizuje swoje zadanie na podstawie innych sygnałów oraz w inny sposób wpływa na sama postawę. Narząd równowagi, czyli układ przedsionkowy, służy do utrzymania właściwego położenia głowy względem kierunku działania siły ciężkości. Realizuje więc bezpośrednio zadanie orientacji przestrzennej sylwetki.

Podobną funkcję pełni również układ wzrokowy. W tym przypadku orientacja przestrzenna ciała ustalana jest na podstawie położenia innych obiektów znajdujących się w bezpośrednim otoczeniu człowieka, takich jak budynki meble drzewa oraz inni osobnicy. Zazwyczaj orientacja przestrzenna takich obiektów jest również zależna od siły grawitacji. W układzie wzrokowym znajdują się wyspecjalizowane zespoły neuronów wrażliwych no pionową i poziomą orientację bodźców i na tej podstawie ustalana jest prawidłowa orientacja ciała.

Analizując zachowanie najprostszego modelu postawy stojącej, jakim jest model wahadła odwróconego (ryc. Golema), łatwo zauważyc, że jego stabilnośc w pozycji pionowej można zapewnic dwoma sposobami. Pierwszy z nich sprowadza się do bezpośredniego monitorowania kąta nachylenia wahadła względem płaszczyzny podparcia. U człowieka kąt ten kontrolowany jest przede wszystkim przez czucie głębokie, czyli propriorecepcję z obszaru stawu skokowego. Odchylenia postawy od pionu sygnalizowane są jako zmiany napięcia i długości mięśni, zmiany kątów stawowych i rozkładu nacisku na powierzchni stóp. Drugi rodzaj kontroli stabilności może wykorzystywać sygnały o położeniu górnego końca wahadła. W przypadku postawy człowieka sprowadza się to do kontroli położenia głowy w przestrzeni. Wzrok oraz znajdujący się w uchu wewnętrznym narząd równowagi dostarczają właśnie niezbędnych sygnałów do utrzymania właściwej (najwyższej) pozycji głowy w przestrzeni. Z kolei położenie głowy steruje przez odruchy szyjne napięciem mięśni tułowia i kończyn.

Przyjmiemy w uproszczeniu, że ciało tworzy rodzaj wahadła odwróconego, którego kontrola stabilności realizowana jest przez aktywność mięśni stabilizujących staw skokowy. Z takiej perspektywy można stwierdzić, że równowagę zapewnia w układzie nerwowym sterowania obwodowego, wstępującego, nazywanego umownie sterowaniem staw skokowy-głowa oraz zstępującego głowa-staw skokowy. Właśnie te dwa typy sterowania zapewniają stabilną pionową postawę w czasie spokojnego stania oraz podczas lokomocji. Obydwa sterowania uzupełniają się wzajemnie i dlatego niesprawność jednego z nich może być skompensowana aktywnością drugiego.

Rola układów sensorycznych w kontroli postawy

Jakość kontroli stabilności postawy zapewniają przede wszystkim odpowiednie charakterystyki układów sensorycznych (przedsionkowy, wzrokowy, prorioreceptywny, mechanoreceptorowy-skórny). Wśród wymienionych 4 układów sensorycznych pierwszy z nich działa w oparciu o obwodowy narząd przedsionkowy (kanały półkoliste i narządy otolitowe). Dzięki parzystości narządu wzrasta jego czułość i może on bardziej precyzyjnie kontrolować przestrzenne położenie i ruchy głowy.

Każdy narząd przedsionkowy zbudowany jest z trzech kanałów półkolistych położonych w trzech wzajemnie prostopadłych płaszczyznach. Receptory rozmieszczone w tych kanałach przekazują do mózgu informacje o ruchach głowy w przestrzeni. Neurony receptorowe, nazywane komórkami włosowatymi, skupione są w specjalnym nabłonku, ponad który wystają różnej długości rzęski. Ruchy głowy powodują przemieszczenie płynu – śródchłonki – wypełniającego kanały półkoliste. Przepływ śródchłonki powoduje odkształcenie rzęsek. Szybkość ruchu śródchłonki w poszczególnych kanałach zależy od  szybkości i kierunku ruchu głowy. Sygnały z kanałów półkolistych uczestniczą w kontroli przedsionkowo-okoruchowej. Ich zadaniem jest odruchowe dostosowanie pozycji gałek ocznych do ruchów głowy w przestrzeni. Jednak należy pamiętać, że odruchowa stabilizacja pola widzenia ma także istotny wpływ na utrzymanie równowagi.

U nasady zespołu kanałów półkolistych znajdują się dwie wypełnione śródchłonką niewielkie komory nazywane odpowiednio woreczkiem i łagiewką. W ich wnętrzu na dolnej ścianie rozmieszone są skupiska komórek włosowatych. Bodźców mechanicznych dla tych komórek dostarczają przemieszczające się pod wpływem sił grawitacji, a także innych sił powodujących ruchy głowy, niewielkie pływające w śródchłonce nierozpuszczalne kryształy soli wapnia – statolity.  Woreczek i łagiewka wchodzą w skład narządu otolitowego, uczestniczącego w kontroli równowagi ciała. Sygnały z narządów otolitowych przekazują do mózgu informację o statycznym położeniu głowy w przestrzeni. Receptory woreczka i łagiewki reagują na odchylenie głowy od położenia pionowego, a ich aktywność utrzymuje się przez cały czas zmienionej pozycji głowy.

Ponadto receptory łagiewki odgrywają rolę czujników przyspieszenia liniowego. Narząd otolitowy ma  dośc szeroką charakterystykę częstotliwościową rozciągającą się  zakresie 0-2 Hz. Próg wrażliwości tego narządu na zmiany przyspieszenia liniowego głowy jest bardzo niski, sięgający 0,005 g, czyli około 0,05 m/s2. Układ otolitowy reaguje na przyspieszenia kątowe głowy o  wartościach powyżej 0,5 o/s2.

Za pomocą narządu równowagi realizowana jest zstępująca kontrola postawy. Zapewnia ona najwyższe – prawidłowe położenie głowy w przestrzeni, które z kolei za pomocą zespołu reakcji odruchowych ustala położenie pozostałych części ciała. W szczególności położenie głowy kontroluje za pomocą tonicznych odruchów przedsionkowych oraz odruchów szyjnych pozycję tułowia i kończyn dolnych.

Sygnały o położeniu i ruchach głowy przekazywane są do rdzenia za pośrednictwem jąder przedsionkowych zlokalizowanych w rdzeniu przedłużonym. Boczne jądra przedsionkowe (Deitersa) są miejscem integracji sygnałów z narządów otolitowych oraz móżdżku i rdzenia kręgowego. Na tej podstawie komórki nerwowe tych struktur generują odpowiednie sygnały pobudzające bezpośrednio motoneurony alfa i gamma mięśni antygrawitacyjnych: zginaczy kończyn górnych i prostowników kończyn dolnych. Dzięki temu zwiększa się napięcie tych zespołów mięśniowych. Neurony jądra Deitersa odpowiadają selektywnie na pochylenie głowy; aktywność spontaniczna tych komórek rośnie przy pochyleniu głowy w jedną stronę, a maleje przy pochyleniu w przeciwną. Wielkość tych zmian aktywności jest proporcjonalna do kąta pochylenia głowy.

Zmiany położenia głowy uruchamiają także odruchy szyjne, lecz ich działanie na mięśnie antygrawitacyjne jest odwrotne niż odruchów przedsionkowych. Taka interakcja tych odruchów pozwala na swobodne ruchy głowy bez narażania organizmu na utratę równowagi. Działanie obydwu łuków odruchowych jest kontrolowane przez móżdżek, który zapewnia dostosowawcze korekcje postawy ciała w trakcie wykonywania ruchów dowolnych.

Bardzo istotny wpływ na jakość dynamicznej kontroli postawy, a tym samym na stabilność, ma ograniczona prędkość przewodnictwa sygnałów w układzie nerwowym. Wynikiem tego ograniczenia jest czas utajenia, czyli latencja reakcji posturalnych. Miarą latencji jest interwał między pojawieniem się bodźca zakłócającego równowagę a początkiem reakcji ruchowej przywracającej stabilną pozycję ciała.

Reakcja taka realizowana jest przez napięcie odpowiednich mięśni; w najprostszym przypadku mogą to być mięśnie stabilizujące staw skokowy. Związana z tą aktywnością tzw. strategia stawu skokowego jest podstawową akcją przywracającą równowagę postawy stojącej. W takiej kontroli pierwsze zmiany aktywności mięśnia trójgłowego łydki i piszczelowego przedniego pod wpływem zmian kąta stawu skokowego pojawiają się już po 30 ms. Jednak efekt mechaniczny tej aktywności w postaci wzmożonego napięcia mięśni pojawia się dopiero po 45-50 ms. Ten pierwszy skurcz jest reakcją zgrubną i dlatego przyjmuje się, że ta szybka salwa aktywności bioelektrycznej mięśni (EMG) związana z monosynaptyczną pętlą rdzeniowa odruchu na rozciąganie nie ma większego znaczenia funkcjonalnego. Wprawdzie przeciwstawia się ona dalszemu rozciąganiu mięśni stabilizujących staw skokowy, jednak z reguły nie jest adekwatna do parametrów bodźca zakłócającego równowagę. Pierwsze efektywne zmiany aktywności elektromiograficznej mięśnia trójgłowego łydki pojawiają się dopiero po 100-120 ms. Jest to na tyle duże opóźnienie, że teoretycznie układ zapewniający stabilną postawę pracuje na granicy wydolności.

Jeszcze więcej czasu zajmuje uruchomienie odpowiedniej reakcji posturalnej w odpowiedzi na bodźce zakłócające sygnalizowane przez narząd przedsionkowy. Wzrost aktywności bioelektrycznej mięśni kończyn dolnych w odpowiedzi na bodźce przedsionkowe pojawia się dopiero po 180 ms. Najwolniej jednak reaguje układ kontroli równowagi na bodźce wzrokowe. Pierwsze zmiany aktywności EMG mięśni kończyn dolnych pod wpływem takich sygnałów pojawiają się dopiero po około 0,5 sekundy. Jeszcze dłuży czas utajenia mają korekcje postawy związane z percepcją subiektywnego pionu. Najwcześniejsze reakcje posturalne korygujące subiektywny pion pojawiają się z opóźnieniem od jednej do dwóch sekund.

Obwód nerwowy związany z wzrokową korekcją subiektywnego pionu składa się prawdopodobnie z różnych obszarów kory wzrokowej, które przez korę potyliczną sterują aktywnością kory ruchowej i przedruchowej. System posturalny reaguje prawidłowo tylko na wolnozmienne bodźce wzrokowe, których częstotliwość mieści się w granicach 0-0,2 Hz. Dlatego kontroli wzrokowej przypisywana jest tylko pomocnicza rola w utrzymaniu stabilnej postawy. Tak naprawdę mamy tu do czynienia z kolejnym przejawem nadmiarowości sterowania, które pozwala na zwiększenie prawdopodobieństwa utrzymania stabilnej postawy. Hierarchia poszczególnych systemów sensorycznych kontrolujących postawę może się zmieniać, co pozwala na skuteczną kompensację w przypadku niewydolności jednego z nich.

Posturografia

Posturografia – zespół metod badawczych pozwalających ocenić jakość kontroli postawy.

Wposturografii statycznej ocenę równowagi przeprowadza się na podstawie analizy drobnych mimowolnych ruchów OSC ciała w czasie spokojnego stania. Ruchy te, nazywane wychwianiami (postural sway) mogą być np. rejestrowane za pomocą systemu wideokomputerowego (Optotrak, Watsmart, Vicon) lub specjalnej platformy rejestrującej siły i momenty sił nacisku stóp na podłoże (Amti, Kistler).

Systemy te wyznaczają położenie i ruchy OSC ciała na podstawie pozycji i przemieszczeń wszystkich części ciała. W tym celu w 21 charakterystycznych punktach na ciele pacjenta umieszcza się specjalne znaczniki (markery). Są to najczęściej diody elektroluminescencyjne emitujące fale w zakresie podczerwieni (ryc. 7.2). Położenie znaczników rejestruje sprzężony z komputerem zespół szybkich kamer telewizyjnych. Znając orientacyjną masę poszczególnych części ciała (np. na podstawie współczynników wagowych Braunego i Fischera), na podstawie położenia markerów komputer wylicza położenie OSC ciała. Do niewątpliwych zalet wi...