Biomecanica mersului i echilibrului

Analiza biomecanic a mersului Aceast mi care este foarte complex , realizndu-se cu un randament maxim si cu un consum energetic minim. Mersul, ca bipedalism alternativ , este : o miscare ciclic , realizat prin ducerea succesiv a unui picior naintea celuilalt, fiecare dintre cele 2 membre inferioare avnd pe rnd functia de propulsor si de suport (exist un sprijin permanent al corpului pe sol, fie prin intermediul unui picior - perioada sprijinului unilateral fie cu ambele picioare- perioada sprijinului bilateral). n timpul sprijinului unilateral, un picior sus ine greutatea corpului si este numit picior de sprijin, iar cel lalt se numeste picior oscilant sau pendulant. n mersul normal, pentru un membru, 60% din durata unui ciclu de mers este reprezentat de sprijin si 40% de balans. Momentul n care piciorul oscilant se afl n dreptul celui de sprijin se numeste momentul verticalei si el mparte pasul n: pas posterior si pas anterior.

Unitatea func ional n mers este reprezentat de pasul dublu (ciclu de pasi) totalitatea misc rilor efectuate ntre dou sprijiniri succesive ale aceluiasi picior; el este alc tuit din 2 pasi simpli. Lungimea pasului dublu se m soar de la c lciul primului pas la vrful celui de al doilea pas, iar cea a pasului simplu de la c lciul piciorului de contact cu solul la vrful piciorului de impulsie. Num rul de pasi executati pe unitatea de timp (minut) se numeste cadent . Kinematica mersului este n strns corela ie cu consumul energetic; acesta determin : aparitia oboselii n mers, fiind n raport de propor ionalitate direct cu amplitudinea misc rilor centrului de greutate pe vertical si pe orizontal .

Misc rile determinante ale mersului sunt: rota ia pelvisului, nclinarea pelvisului, flexia genunchiului, miscarea piciorului, deplasarea lateral a pelvisului. pelvisului. Desigur c n mers se produc si alte misc ri,: ale trunchiului, capului, balansul bra elor, dar acestea nu determin kinematica mersului, ci doar o urmeaz . n functie de momentele de sprijin si balans se disting 4 faze ale mersului (n fiecare din ele analizndu-se situatia unghiurilor articulare n care se afl ambele membre inferioare):

- Faza 1: faza de amortizare compus din contactul initial (atacul cu talonul) si nc rcarea tine pn la momentul verticalei. - Faza 2: momentul verticalei piciorului de sprijin sau sprijinul median; dureaz foarte putin; centrul de greutate are pozi ia cea mai nalt i se deplaseaz usor spre piciorul de sprijin. - Faza 3: desprinderea de pe sol a piciorului sau faza de impulsie; dureaz pn la ridicarea piciorului de pe sol; centrul de greutate este la nivelul cel mai cobort; spre sfrsitul fazei, datorit impulsului dat de piciorul de sprijin, corpul este mpins spre nainte i n sus, iar membrul de sprijin va deveni picior oscilant. - Faza 4: oscila ia sau balansarea; cunoscut i sub denumirea de al doilea sprijin unilateral este submp rtit n oscilatia iniial (posterioar ), oscilatia de mijloc si cea terminal (anterioar ). Kinetica mersului - studiaz fortele musculare care realizeaz misc rile corpului necesare acestei activit ti.

Tulbur rile de mers pot s existe i n plan frontal (amplian a oscila iilor taerale) fapt care se datore te leziunilor n coxofemurale i subastragalian ca i insuficien ei mijlociului fesier, gambierilor posteriori i peronierilor. In plan giratoriu, orizontal (oscila ii alternante a umerilor, balansul membrelor) pot apare de asemenea tulbur ri. Bolnavul merge cu pa i mici datorit suferin ei coxofemurale (lipse te pasul pelvin), lombopelvine, subastragaliene i ale coloanei cervico - dorsale. Se studiaz i mersul n nc rcare, pe vrfuri (imposibil n suferin ele tibiotarsiene, mediotarsiene, paralizia r d cinii L5), pe fa a extern (leziuni ale subastragalienei) sau intern (leziuni subastragaliene) a piciorului.

Analiza mersului include: analiza kinematic, kinetic, metabolic i EMG dinamic. Analiza kinematic a mersului este o metod de cuantificare a unor parametrii ai mersului dintr-un ciclu de mers. Ciclul de mers unitatea func ional a mersului- este mpr it, din punct de vedere func ional, n perioada static i perioada de balans. balans. Perioada static la rndul ei, include: static, - contactul ini ial, - rspunsul la sarcin, - sprijinul unipodal cu cele dou faze: sprijinul median i sprijinul terminal : terminal. Perioada de balans include proiectarea anterioar a membrului pelvin, submpr it n: - prebalans- ce ncepe la sfr itul perioadei statice i coincide cu desprinderea de pe sol a piciorului, - balans ini ial, - balansul median, - balansul terminal.

Kinematica ciclului de mers este organizat n vederea mic orrii deplasrii centrului de greutate al corpului n plan vertical i orizontal, asigurnd astfel o deplasare. deplasare.

Centrul de greutate, determinat n mod experimental este situat anterior de a doua vertebr sacrat.S2 sacrat.S2 n timpul mersului, centrul de greutate parcurge cu fiecare pas, o sinusoidal de sus n jos pe vertical i o traiectorie medio-lateral pe orizontal. Deplasarea pe vertical este de aproximativ 50 mm pentru brba i, la o vitez normal de mers. Mi carea n plan orizontal se realizeaz printr-o deplasare medio-lateral, de la stnga la dreapta. Analiza kinetic se refer la for ele ce se dezvolt n timpul mersului, respectiv for e externe (reprezentate de gravita ie i sol) i for e interne, generate de sistemul neuro-mio-artro-kinetic. neuro-mio-artro-kinetic Orice for reclam o contrafor de reac ie: n perioada static, greutatea corpului mpinge spre sol, iar acesta va reac iona cu o for de reac ie egal i opus greut ii corpului, al crei vector trece prin baza de sprijin spre centrul de greutate al corpului. n timpul mersului, for a de reac ie a solului este un efect att al greut ii corpului, ct i al accelera iilor i decelera iilor.

Analiza metabolic se refer la consumul energetic care este cu att mai mare, cu ct greutatea corporal este mai mare. Pentru aceea i vitez constant de mers, un individ de 100 kg va avea un consum dublu de energie fa de un individ de 50 kg. Mersul pe teren neregulat, urcarea unei pante cu nclinare de 15 duce la 15 dublarea consumului energetic energetic. n cazul pacientului vrstnic, se poate men ine un consum energetic sczut prin scderea vitezei de mers; consumul de energie pe unitatea de timp poate fi sczut, dar consumul de energie raportat la distan a parcurs va fi foarte mare. Consumul de energie se coreleaz cu mi crile centrului de greutate, respectiv cu kinematica mersului. Accelerarea sau decelerarea brusc cresc consumul energetic n timpul mersului, acesta fiind maxim la sfr itul balansului n timpul balansului, contactului ini ial i n faza de desprindere de pe sol.

O caracteristic a mersului folosit pentru a identifica persoanele cu risc de cdere este reprezentat de variabilitatea mersului. Un model de mersului. mers instabil este caracterizat printr-o cre tere a variabilitii kinematice. Scderea variabilit ii tipului de mers poate ajuta la prevenirea cderilor pentru a ob ine un model de mers mai stabil, astfel mbunt ind controlul pozi iei i propor iile ntregului corp i reducnd mi carea medio-lateral a centrului de greutate. Mergnd mai ncet, cu cre terea STF (frecven a pasului) i scurtarea STL(lungimea pasului) poate s ajute la stabilizarea tipului de mers, permi nd o mai bun ajustare i flexibilitate la schimbrile condi iilor de mers- cre terea sau scderea vitezei mai ales la pacien ii cu antecedente de cdere. mersului, Interac iunea ntre membrele superioare i inferioare n timpul mersului poate fi argumentat de modificrile de la un raport de 2:1 (2 balansuri de bra pe ciclu de mers) la un raport de 1:1 (1 balans de bra pe ciclu de mers), cu cre terea vitezei de mers, ceea ce necesit o adaptabilitate intrinsec; la vrstnicii cu antecedente de cdere aceast modificare este dificil, prin reeducerea adaptabilit ii.

La persoanele de peste 70 de ani, viteza medie de mers scade cu 12-16% n fiecare deceniu, frecven a pasului (STF) cre te, lungimea pasului (STL) scade la o vitez dat a mersului, durata dublului sprijin cre te la 26%. S-a constatat c persoanele n vrst au o vitez de p ire peste obstacol mai mic, o lungime a pasului mai mic, o distan mai mic de atingere a solului cu clciul, dup trecerea obstacolului. Explica ii posibile pentru modificrile vitezei mersului i a parametrilor mersului odat cu mbtrnirea, includ: reducerea costului energetic, compensarea pentru insuficien a muscular, reducerea balansului cu cre terea variabilit ii mersului. De exemplu, scderea STL la persoanele vrstnice coincide cu insuficien a extensorilor oldului i flexorilor plantari, scderea fazei de desprindere de pe sol a piciorului, cre terea fazei de balans i reducerea capacit ii de a propulsa corpul spre anterior n timpul mersului. Insuficien a muscular i reducerea echilibrului apar de asemenea asociate cu cre terea STF i a duratei dublului sprijin.

O cre tere a STL este asociat cu o cre tere a for elor propulsive i astfel o reducere a STL, (cu cre terea STF pentru a men ine viteza), va minimaliza aceste for e. Similar, o cre tere a STF scurteaz ntregul ciclu de mers i astfel perioada de sprijin unipodal prin scderea timpului i amplitudinii deplasrii centrului de greutate n afara bazei de sprijin. n cazul mersului la vrstnici, punctul maxim la deplasarea vertical apare naintea deplasrii laterale, traseul urmat de centrul de greutate avnd forma de 8 . Mecanismele majore prin care corpul reduce deplasarea centrului de greutate n timpul mersului sunt: - rota ia pelvisului: n plan transversal reduce coborrea centrului de greutate n momentul sprijinului bipodal; - oblicitatea pelvisului: o nclinare pelvin de valoare mic (Trendelenburg) reduce punctul maxim al centrului de greutate n timpul sprijinului unipodal; - deplasarea lateral a pelvisului: diminuarea acesteia este influen at de 2 factori - deplasarea corpului spre partea piciorului de sprijin n momentul rspunsului la sarcin i valgusul natural dintre femur i tibie; - interrela ia ntre genunchi-glezn-picior este un mecanism prin care se reduce deplasarea vertical a centrului de greutate n timpul mersului.

Reac iile de echilibru n ontogeneza uman

Echilibrul poate fi definit ca un proces complex prin care se realizeaz men inerea centrului de greutate ( Cg) al organismului deasupra poligonului de sus inere ntr-un anumit context senzitivo-senzorial. Stabilitatea este abilitatea organismului de a- i men ine echilibrul f r s cad n momentul cnd acesta a fost perturbat.Acest proces complex necesit recep ionarea impulsurilor senzitivo-senzoriale, organizarea lor, planificarea i execu ia mi c rilor. Centrul de greutate (Cg) este un punct imaginar n spa iu, calculat biomecanic, n care suma total a for elor care ac ioneaz asupra organismului este zero. La o persoan normal , n ortostatism , el este situat pu in naintea coloanei sacrate, n dreptul vertebrei S2.Pozi ia centrului de greutate se modific dac corpul i/sau segmentele sale se mi c . Centrul de presiune este punctul inferior de pe perpendiculara care coboar din centrul de greutate pe sol. Este obiectivitatea n planul solului a centrului de greutate. Baza de sprijin reprezint suprafa a corpului care suport presiunea ca urmare a greut ii corpului; n ortostatism este suprafa a plantelor, n a ezat este suprafa a feselor i coapselor.

Baza de sprijin reprezint suprafa a corpului care suport presiunea ca urmare a greut ii corpului; n ortostatism este suprafa a plantelor, n a ezat este suprafa a feselor i coapselor. Poligonul de sus inere este descris de contururile segmentelor care formeaz baza de sprijin. Deci este o suprafa geometric foarte variabil , delimitat fie de marginile exterioare, fie de punctele prin care segmentele corpului iau contact cu solul. Limita de stabilitate este cea mai mare distan ntr-o anumit direc ie pe care organismul se poate apleca f r a- i pierde echilibrul i f r a apela la strategia pa ilor, minilor sau f r a c dea.n interiorul limitelor de stabilitate organismul i poate controla centrul de greutate deasupra bazei de sprijin.Limita de stabilitate se ntinde spre periferia poligonului de sus inere, moment n care se poate rec p ta echilibrul sau acesta s fie pierdut i s se produc c derea . Dep irea limitelor de stabilitate determin una ( sau toate) din urm toarele ac iuni: individul face c iva pa i, se sprijin cu minile de un corp stabil sau cade. Unghiul de stabilitate este format de proiec ia centrului de greutate a corpului cu dreapta care une te centrul de greutate cu marginea bazei de sus inere. Cu ct acest unghi este mai mare cu att stabilitatea devine mai mare.(B3,pg.183)

Modul de realizare a echilibrului Echilibrarea centrului de greutate n bipedie este o problem de biomecanic deosebit de important . Postura ortostatic i locomo ia presupun un consum energetic mare i nu sunt posibile dect prin intrarea n ac iune a numeroase arcuri i acte reflexe. n pozi ia ortostatic centrul de greutate oscileaz continuu, ntre a c dea nainte, napoi i n p r ile laterale ale poligonului de sus inere. Pentru men inerea pozi iei este necesar intrarea n ac iune a milioane de receptori i de cercuite nervoase, antrenarea tuturor analizatorilor, sesizarea a zeci de mii de centri nervo i.Necesit ile de echilibrare a centrului de greutate au contribuit i ele la o dezvoltare corespunz toare a sistemului nervos, dar mai ales la apari ia i dezvoltarea cerebelului( arhicerebelului).(B3,pg.184)

ntre cele trei tipuri de reflexe motorii principale reflexele de atitudine i reflexele de rectitudine- sunt cuprinse i reflexele de echilibru prin care se controleaz centrul de greutate al corpului. Aceste reac ii de echilibru sunt programate n cortexul cerebral i sunt reprezentate de reflexe de pozi ie de decubit ventral, decubit dorsal, a ezat, cvadrupedie i ortostatism. Echilibrul sau controlul postural este un proces n care particip trei componente: organismul, sarcina pe care o are de ndeplinit i condi iile de mediu n care are loc acesta. Echilibrul are la baz reac iile de echilibrare (balans), importante n realizarea posturii i locomo iei, adic s men in centrul de greutate al corpului n interiorul suprafe ei de sprijin. Ele sunt controlate de reac ii proprioceptive sau labirintice i sunt de dou feluri:

reac ii de origine muscular - aceste reac ii au un mecanism proprioceptiv, care se declan eaz atunci cnd centrul de greutate iese din baza de sprijin, corpul ncepnd c derea. Ap rarea reflex se manifest prin deplasarea lateral rapid a unui membru inferior pentru l rgirea poligonului de sus inere sau prin adaptarea pozi iei de ghemuit, pentru a cobor centrul de greutate.

reac ii de origine labirintic - acestea apar la accelera iile liniare sau angulare, iar pentru men inerea echilibrului, musculatura ntregului corp nregistreaz modific ri de tonus.

Sistemele de recep ie ale echilibrului Echilibrul corpului este asigurat prin mecanismul de feed-back al informa iilor somatosenzoriale, vestibulare i vizuale pentru fiecare hemicorp ( vizuale, mecanismele prin care se realizeaz sunt nc greu de n eles). Receptorii senzitivo-senzoriali- sunt proprioceptorii din articula ii , ligamente, mu chi i exteroreceptorii tegumentari. Ei dau informa ii mio-artrodespre parametrii func ionali ai sistemului mio-artro-kinetic, lungimea mu chilor, starea de contrac ie i tensiune muscular , durere, temperatur , presiune presiune.Capacitatea individului de a- i men ine echilibrul se datoreaz acestor receptori periferici care aduc permanent informa ii asupra mediului, a pozi iei corpului fa de acesta i a segmentelor corpului fa de corpul ntreg. Receptorii vestibulari- a eza i n urechea intern dau informa ii despre pozi ia capului n prezen a gravita iei, despre accelera iile liniare sau angulare ale acestuia n timpul mi c rilor. Gravita ia devine condi ia sine qua non n orice pierdere a echilibrului cu c dere. n imponderabilitate dispare pericolul c derii. Receptorii vizuali

Receptorii vizuali au dou sarcini: ndreapt vederea focal ( central ) spre mediu; ajut la perceperea pozi iei i mi c rii corpurilor i la identificarea con tient a riscurilor i a oportunit ilor din mediu; are rol anticipativ, de tip feed-forward i este important pentru decizia de ac iune. vederea periferic ( ambiental ) detecteaz mi carea corpului n raport cu mediul, inclusiv mi c rile capului i balansul postural; modific r spunsurile motorii prin feed-back. Calit ile de echilibru manifestate att n prezen a , ct i n absen a feed-back-ului vizual au o influen considerabil asupra activit ii corporale care cer coordonare motric precis n cadrul execut rii unor mi c ri complexe

Componentele motorii ale echilibrului Reflexele vestibulo-oculare i vestibulo-spinale contribuie la orientarea ochilor, capului i corpului fa de organism i fa de mediu. Reflexul vestibulo-ocular coordoneaz capul i ochii n timpul mi c rilor iar reflexul vestibulo-spinal stabilizeaz corpul cnd capul se mi c , fiind important pentru coordonarea trunchiului n ortostatism. R spunsurile posturale automate opereaz pentru a men ine centrul de greutate deasupra poligonului de sus inere. Sunt r spunsuri cu bucl lung ( multisinaptice) la un stimul care destabilizeaz corpul. Apar rapid ( sub 250 msec.), se potrivesc stimului n direc ie i amplitudine i nu sunt sub control voli ional. R spunsuri posturale anticipatorii sunt similare celor automate, dar preced perturbarea. Atunci cnd se anticipeaz o perturbare organismul r spunde prin dezvoltarea unui set de m suri , de reac ii la for ele care dezechilibreaz .

Mi c rile voli ionale posturale se afl sub control con tient, ele sunt tulbur ri auto-ini iale ale centrului de greutate pentru a ndeplini o sarcin . Pot apare mai repede sau mai lent n func ie de scop.O sarcin mai complex sau neobi nuit este ndepinit mai lent. Se pot modifica prin experien i instruc ie. Ele sunt cele care permit activitatea concret . Factorii de mediu se pot modifica pentru a facilita, respectiv a suprasolicita unul sau mai multe tipuri de aferen e somatosenzoriale, vestibulare i vizuale.Deoarece gravita ia nu poate fi modificat , individul nva s reac ioneze la ea din diferite pozi ii i la diferite viteze. n practica curent pentru a influen a echilibrul, prin modific ri din partea mediului, se folosesc modific ri ale poligonului de sus inere ( stabil sau instabil) care interfereaz cu aferen ele somatosenzoriale i aferen ele vizuale ( varia ii ale condi iilor de luminozitate)

Cercetarea echilibrului n situa ii normale i patologice Principalele elemente care interfereaz cu capacitatea de control a echilibrului corpului sunt: stabilitatea suprafe ei de sprijin, localizarea centrului de greutate, greutate, limita de stabilitate, stabilitate, m rimea suprafe ei de sprijin, sprijin, capacitatea de vizualizare a mediului nconjur tor, activit ile motorii abordate de individ , integritatea i interac iunea mecanismelor controlului postural. Echilibrul corpului poate fi afectat sau chiar pierdut n situa iile n care se dep esc valorile limit a oric ruia dintre elementele amintite mai sus. Un loc important n anamneza bolnavilor cu tulbur ri de echilibru l ocup antecedentele personale i caracterele tulbur rii de echilibru. Un alt mecanism care interfereaz cu tulbur rile de echilibru este perturbarea sau pierderea recep iei , transportului sau integr rii centrale a imputurilor periferice senzitivosenzoriale cum se ntmpl n diverse boli neurologice ( accidente vasculare cerebrale, traumatisme vertebro-medulare, etc) sau boli generale cu interesare i neurologic ( diabet, ateroscleroz , etc.). O alt categorie de afec iuni este cea a bolilor oculare de variate cauze dar au ca finalitate cecitate.

Infirmit ile aparatului locomotor i sistemului nervos cu impact asupra echilibrului sunt: sc derea for ei musculare; sc derea amplitudinii de mi care la nivelul centurii pelvine; diminuarea rezisten ei ( generale i musculare); tulbur ri de sensibilitate; mi c ri sinergice; asisten a (chiar minim ) a transferurilor; asisten a la mers; diminuarea capacit ii de men inere a greut ii corpului de o parte; imposibilitatea orient rii n func ie de linia median ; dezechilibrare important la nchiderea ochilor; imposibilitatea men inerii echilibrului ntr-un picior; imposibilitatea nclin rii laterale; imposibilitatea men inerii echilibrului pe o suprafa stabil de sprijin; imposibilitatea men inerii echilibrului pe o suprafa instabil ori a derul rii strategiei oldurilor. n func ie de nivelul i intensitatea interes rii unuia sau tuturor celor trei sisteme implicate n mecanismele echilibrului sau interes rii nivelului percep iei centrale, modific rile reac iilor de echilibru sunt variate.

Sunt patru teste simple care pot eviden ia diminuarea func ionalit ii membrelor inferioare i care sunt considera i ca fiind buni predictori independen i pentru c dere. 1.Testul Tandem Standing test de evaluare a echilibrului. Pacientului i se cere s stea n picioare cu gleznele apropiate timp de 10sec. Apoi pozi ie semitandem nc 10secunde Ulterior cu membrele inferioare n liniec lciul unui picior fiind lipit de vrful celuilalt- a a numita pozi ie tandem. Incapacitatea de a sta n aceast ultim pozi ie cel pu in 10 secunde indic un risc ridicat de c dere.n final i se cere pacientului s efectueze 8 pa i n tandem.

1.Testul Tandem Standing

2. Testului pentru evaluarea Testului vitezei normale de mers, 2. n timpul testului pentru evaluarea vitezei normale de mers, pacientului i se cere s mearg normal. Este determinat timpul necesar parcurgerii unei distan e de 4 metri. Parcurgerea unei distan e mai mici de 1 metru pe secund indic un risc crescut de declin func ional care este corelat cu c derile i respectiv cu fracturile de old.

1.Testul Tandem Standing

3. Testul Up & Go

2. Testului pentru evaluarea Testului vitezei normale de mers,

4. Testul de ridicare de pe scaun Chair Rising Test

3..Testul Up & Go - n timpul testului pacientului i se cere s se ridice de pe un scaun cu n l ime normal cu mnere, s mearg 3 metri n pas obi nuit, s se ntoarc , s parcurg aceea i distan pn la scaun i s se a eze pe el. Acest test evalueaz capacitatea de a merge a unei persoane i func ionalitatea muscular . Valorile mai mari de 12 secunde constituie un factor de risc pentru c dere.

3. Testul Up & Go

4. Testul de ridicare de pe scaun Chair Rising Test 4.Chair Rising Test . n timpul testului de ridicare de pe scaun -Chair Rising Test - care evalueaz for a de contrac ie muscular , pacientului i se cere s se ridice i s se a eze de 5 ori de pe scaun cu n l ime obi nuit -ct de repede posibil - f r a se folosi de bra e. Bra ele se in ncruci ate la piept. Un pacient care nu poate s se ridice i s se a eze de 5 ori sau care are nevoie de mai mult de 10 secunde pentru efectuarea acestui test prezint risc crescut de c dere.

Recent s-a demonstrat c un nivel al clearance-ului creatininei clearancemai mic de 65 ml/min. este un nou factor de risc independent, semnificativ pentru num rul de c deri i de persoane care cad n r ndul popula iei neinstitu ionalizate v rstnice-b rba i i femei.Asem n tor , la pacien ii v rstnici-b rba i i femeitrata i pentru osteoporoz , un clearance al creatininei mai mic de 65 ml/min. este un factor de risc independent, semnificativ pentru c deri. n plus,Dukas ( i colaboratorii)au demonstrat c un nivel redus al clearance-ului creatininei la pacien ii vrstnici- b rba i i femei-trata i pentru osteoporoz este de asemenea asociat cu un risc semnificativ crescut pentru fracturi de old, radiale i vertebrale

Kinetica mersului - studiaz fortele musculare care realizeaz misc rile corpului necesare acestei activit ti.