Kontrola motoryczna w dysfunkcjach mięśniowo-szkieletowych

Jakie są najważniejsze aspekty skoordynowanego ruchu?

Zaburzenie sprawności mięśniowej (zdolności do stawiania oporu obciążeniom) jest powszechnie leczone za pomocą metod fizjoterapeutycznych i zwykle określane jako deficyt siły, czyli możliwości wytwarzania maksymalnej siły podczas pojedynczego skurczu.

Względna siła, wytrzymałość i kontrola mięśni są uważane za ważniejsze aspekty podczas wykonywania skoordynowanego ruchu niż ogólna siła mięśnia lub grupy mięśni. Skoordynowany ruch angażuje wiele stawów i mięśni, które są aktywowane w odpowiednim czasie i z odpowiednią siłą.

Ze względu na synergiczny charakter koordynacji zdolność do generowania siły w izolowanym mięśniu nie obejmuje jego zdolności do współpracy z innymi mięśniami w sposób specyficzny dla konkretnego zadania.

Dlatego, aby wykonać płynny, precyzyjny i kontrolowany ruch, wymagane jest właściwe sekwencjonowanie i synchronizacja synergistycznej i wzajemnej aktywności mięśni, która jest podyktowana odpowiednią kontrolą motoryczną oraz stabilnością proksymalnych części ciała i utrzymaniem postawy.

Na przykład podczas rotacji odcinka szyjnego kręgosłupa konieczna jest koordynacja między lokalnymi stabilizatorami – mięśniami podpotylicznym i rotatorami dolnych segmentów szyi – oraz globalnymi rotatorami, aby możliwy był płynny i efektywny ruch rotacji głowy, górnego i dolnego odcinka szyjnego.

Bodźce proprioceptywne, będące informacją o stanie stawów i powiązanych z nimi struktur, mają zasadnicze znaczenie dla kontroli motorycznej.

Wspólna aktywacja agonisty i antagonisty jest podstawową cechą kontroli motorycznej, która rozwija się z czasem u niemowlęcia i umożliwia osiągnięcie zrównoważonej, wyprostowanej postawy do 4. roku życia.

U dorosłych ta koaktywacja mięśni jest istotną cechą wpływającą na stabilność stawów. Głównie z perspektywy stabilności stawów kontrolę motoryczną definiuje się jako nieświadomą aktywację dynamiczną, pojawiającą się w ramach przygotowań do ruchu i obciążenia stawów oraz w odpowiedzi na nie, w celu utrzymania i przywrócenia funkcjonalnej stabilności stawów.

Na przykład podczas rzucania piłką w mięśniach stożka rotatorów zachodzą określone sekwencje aktywacji mięśni, aby zapewnić optymalne zrównoważenie stawu barkowego i kompresję konieczną dla stabilności stawu.

Ta aktywacja mięśni odbywa się nieświadomie i jest skorelowana z dobrowolną aktywacją mięśni bezpośrednio związaną ze szczegółami zadania. Niewłaściwa sekwencja aktywacji mięśni podczas pozornie błahych zadań (tylko 60 newtonów), takich jak schylanie się, aby podnieść ołówek, może naruszyć stabilność kręgosłupa i nasilić zachwianie równowagi więzadłowej.

Ostatnie badania sugerują, że ból kręgosłupa jest związany ze zmianami w kontroli motorycznej, które są w pewnym stopniu podobne do deficytów identyfikowanych z patologiami układu nerwowego. Ból i urazy dolnych obszarów pleców są ściślej związane z brakiem koaktywacji mięśni tułowia i dysfunkcją wzorca rekrutacji niż ze zmniejszoną siłą.

Jull i Richardson¹ stwierdzili, że upośledzenie głębokich mięśni tułowia u pacjentów z bólami odcinka lędźwiowego wiąże się raczej z problemami z koordynacją i kontrolą motoryczną niż z ich zdolnością do generowania siły.

Autorzy badań postawili tezę, zgodnie z którą zmiany w kontroli motorycznej są przyczyną zaburzeń aktywności mięśnia czworobocznego i zębatego przedniego w przypadku różnych patologii związanych z barkiem.

Wspomniane zmiany w kontroli motorycznej mogą obejmować opóźnioną aktywację lub dezaktywację mięśnia, tak że nie jest on angażowany w odpowiednim czasie i/lub nie utrzymuje wymaganego poziomu aktywacji w całym zakresie ruchu. Przeciwna sytuacja jest również możliwa, kiedy to występuje nadmierna aktywacja określonego mięśnia.

Przytoczone odkrycia badawcze wymagają innego podejścia w ćwiczeniach terapeutycznych, a mianowicie opracowania protokołu ćwiczeń motorycznych.

Interwencje kliniczne mające na celu poprawę kontroli motorycznej opierają się na zrozumieniu natury i przyczyny normalnego ruchu oraz podstaw nieprawidłowego ruchu, z uwzględnieniem faktu, że ruch jest zarówno specyficzny dla zadania, jak i zdeterminowany przez uwarunkowania środowiskowe, w których jest wykonywany.

Ruch specyficzny dla zadania obejmuje ruch w wielu stawach, co oznacza, że określona liczba mięśni jest aktywowana w celu wytworzenia siły poprzez generowanie potencjału czynnościowego w neuronach ruchowych obecnych w rdzeniu kręgowym.

W większości dobrowolnych codziennych czynności najpierw rekrutowane są powolne jednostki motoryczne (typu I). Mają one niski próg aktywacji, małą szybkość skurczu, małą siłę skurczu i są odporne na zmęczenie.

Szybkie jednostki motoryczne są rekrutowane przy bardziej wymagających skurczach dobrowolnych. Mają one wysoki próg aktywacji, dużą szybkość skurczu, dużą siłę skurczu, lecz łatwo się męczą.

Aktywacja tych neuronów ruchowych jest stale kontrolowana i regulowana przez obwodowe impulsy aferentne z mechanoreceptorów, aparatu przedsionkowego i układu wzrokowego, a także dzięki kontroli nadrdzeniowej.

Strategie stosowane przez ośrodkowy układ nerwowy (OUN) do kontroli motorycznej

Strategie stosowane przez OUN do kontroli i poruszania obejmują strategie sprzężenia antycypacyjnego (feed-forward) i sprzężenia zwrotnego (feed-back) w odniesieniu do mięśnia szkieletowego przechodzącego przez staw.

Strategie sprzężenia antycypacyjnego są przeznaczone do sytuacji, w których wynik zaburzeń jest przewidywalny, a OUN inicjuje sekwencję aktywności mięśni przed wystąpieniem zaburzenia, aby przygotować na nie ciało.

Kontrola za pośrednictwem sprzężenia zwrotnego obejmuje aktywację mięśni w odpowiedzi na zewnętrzne zaburzenia, które są nieprzewidywalne. W tej sytuacji aferentny sygnał wejściowy z mechanoreceptorów w mięśniach, torebce stawowej, skórze lub sygnał wzrokowy bądź przedsionkowy wyzwala reakcję w celu poradzenia sobie z zaburzeniem.

Ponieważ ostateczna realizacja ruchu jest kwestią aktywności mięśni, konieczne jest również zrozumienie różnych funkcji układu mięśniowego oraz układu kontroli.

Funkcje układu mięśniowego

Comerford i wsp.² podzielili funkcje mięśni na trzy szerokie kategorie:

• lokalne stabilizatory
• globalne stabilizatory 
• globalne mobilizatory.

Lokalne stabilizatory

Lokalne stabilizatory utrzymują niską ciągłą aktywację we wszystkich pozycjach stawu, niezależnie od kierunku ruchu stawu. Kontrolują ruch segmentu ruchowego i neutralną pozycję stawu, ich skurcz nie powoduje zmiany długości mięśnia, a więc nie powoduje ruchu.

Dysfunkcja powoduje deficyt kontroli motorycznej związany z opóźnionym czasem lub niedoborem rekrutacji, słabą kontrolą segmentu ruchowego i neutralną pozycją stawu. Lokalne stabilizatory reagują inhibicją na ból i patologię.

Przykładami lokalnych stabilizatorów są:

• mięsień obszerny przyśrodkowy,
• zginacze głębokie szyi,
• mięsień poprzeczny brzucha,
• głęboka warstwa mięśni wielodzielnych lędźwi,
• akton środkowy,
• dolny mięśnia czworobocznego.

Stabilizatory globalne

Stabilizatory globalne zostają aktywowane przy określonych kierunkach ruchu stawu, szczególnie w trakcie kontroli ekscentrycznej i ruchu rotacyjnego.

Dysfunkcja powoduje słabą kontrolę ekscentryczną i dysocjacje rotacyjne, próg rekrutacji mięśni tonicznych ulega zredukowaniu, mięśnie tracą napięcie i stają się słabe.

Przykładowymi mięśniami należącymi do globalnych stabilizatorów są:

• mięsień pośladkowy średni,
• powierzchowna warstwa mięśni wielodzielnych,
• mięsień skośny wewnętrzny i zewnętrzny.

Globalne mobilizatory

Globalne mobilizatory generują moment obrotowy, aby wywołać ruch stawów. Mają tendencję do kurczenia się koncentrycznie, a ich aktywność jest uzależniona od kierunku wykonywanego ruchu.

Dysfunkcja powoduje utratę długości mięśni. Mają one tendencję do przykurczania się i nadaktywności przy niskim progu i niskim obciążeniu. Na ból i patologię (np. stawu) reagują bólem i skurczem.

Mięśnie te są przeznaczone do wykonywania bardzo specyficznych, zorientowanych na cel zadań i w związku z tym działają albo jako stabilizatory lokalne (np. mięsień poprzeczny brzucha), albo jako stabilizatory globalne (np. mięsień skośny zewnętrzny brzucha) lub mobilizatory globalne (np. mięsień prosty brzucha). Istnieją również mięśnie, które mogą skutecznie odgrywać wszystkie te trzy role (np. mięsień pośladkowy wielki).

Na czym polega kontrola motoryczna?

Programy kontroli motorycznej koordynują lokalną i globalną rekrutację mięśni i wpływają na wewnętrzny i odruchowy mechanizm, mający na celu zapewnienie odpowiedniego napięcia mięśni tułowia i dynamicznej stabilności wokół neutralnej postawy kręgosłupa podczas wykonywania ruchów wielopłaszczyznowych.

Wewnętrzny mechanizm zwiększa stabilizację tułowia poprzez sprzężenie antycypacyjne i preaktywację nerwowo-mięśniową w oczekiwaniu na możliwe zaburzenia. Sama stabilizacja wewnętrzna (usztywnienie wewnętrzne) jest jednak generalnie niewystarczająca do dynamicznej stabilizacji tułowia podczas nagłych zmian prędkości lub dużego obciążenia.

Mechanizm odruchowy wykorzystuje informacje zwrotne poprzez odruch rozciągania w celu modulowania stanu wrzecionka mięśniowego, dodatkowo modyfikując wewnętrzną sztywność mięśnia i jego lepkość.

Należy też pamiętać, że żaden mięsień nie funkcjonuje w izolacji. Aktywność mięśni jest również zależna od prawidłowego działania ich antagonistów. Aktywacja mięśni jest związana z hamowaniem jej antagonisty.

Gdy relacje agonista–antagonista zostają zakłócone z powodu kontuzji, wymuszonej postawy lub zaburzenia równowagi mięśniowej, dochodzi m.in. do zakłócenia skoordynowanej interakcji mięśni. Wspomniane zaburzenia równowagi prowadzą do dysfunkcji motorycznych i przerywają skoordynowaną aktywność mięśni konieczną do stabilizacji.

Konsekwencjami braku równowagi mięśniowej są:

• rozwój punktów spustowych,
• zmieniona mechanika stawów,
• słabe przetwarzanie proprioceptywne – z zaburzeniami wzajemnych relacji między agonistą i antagonistą
• ostatecznie zmiana całego wzorca motorycznego.

Słaba kontrola motoryczna objawia się substytucją synergistów, spowolnionym czasem reakcji mięśni lub niewystarczającą koaktywacją antagonistów i idzie w parze z obniżoną stabilizacją stawów.

Substytucja synergistów może być oznaką strategii kompensacyjnych, które są próbą zastąpienia wyhamowanej pary mięśni agonista–antagonista, ponieważ nie stabilizują one we właściwy i wystarczający sposób kluczowego stawu.

Według Edgertona³ u pacjentów z bólem siła nie zawsze jest jednak zmniejszona. Dzieje się tak, ponieważ mięsień synergistyczny zastępuje hamowanego agonistę.

Sparto⁴ wykazał, że siły obciążające kręgosłup wzrastają podczas męczącego izometrycznego wyprostu tułowia, jednak nie dochodzi wówczas do utraty momentu obrotowego.

Wydajność momentu obrotowego pozostaje stała, ponieważ w miarę zmęczenia prostowników kręgosłupa dochodzi do ich zastępowania – czy też wspomagania – przez mięśnie skośne wewnętrzne i najszersze. Nadmierna koaktywacja mięśni tułowia zwiększa kompresję kręgosłupa i zmniejsza jego ruchomość, wpływając niekorzystnie na wydajność.

Wzrost aktywności górnego aktonu mięśnia czworobocznego u osób z bólem barku jest postrzegany jako strategia kompensacyjna podnoszenia ramienia.

Hodges i Richardson⁵ zastosowali analizę elektromiograficzną mięśnia poprzecznego brzucha, mięśnia naramiennego i mięśnia wielodzielnego podczas ruchów kończyny górnej u zdrowych osób i u pacjentów z przewlekłym bólem odcinka lędźwiowego.

Zauważyli, że mięsień poprzeczny brzucha był pierwszym aktywowanym mięśniem, a aktywność ta występowała przed ruchem kończyn. Aktywność mięśnia poprzecznego brzucha była opóźniona i nie występowała przed aktywnością mięśnia naramiennego we wszystkich kierunkach u pacjentów z przewlekłymi dolegliwościami odcinka lędźwiowego.

Istnieją również dowody świadczące o zmniejszonej aktywności i opóźnionej aktywacji środkowego i dolnego aktonu mięśnia zębatego przedniego u osób z urazem barku, gdy unoszą one ramię. Nadmierna koaktywacja mięśni tułowia zwiększa kompresję kręgosłupa i zmniejsza jego ruchomość, niekorzystnie wpływając na jego wydolność.

U pacjentów z urazem barku obserwuje się zmniejszoną aktywację stożka rotatorów i zwiększoną aktywację mięśnia naramiennego na początku unoszenia ramienia. Opisana zmniejszona koaktywacja stożka rotatorów może przyczyniać się do dalszego wzrostu kompresji w stawie barkowym, z nadmierną translacją w kierunku górnym głowy kości ramiennej. W związku z tym w dalszej perspektywie zaburzenia kontroli motorycznej spowodują nieprawidłowy ruch.

Częścią badania, wraz z oceną siły i wytrzymałości, powinna być:

• identyfikacja występujących zaburzeń ruchowych,
• określenie strategii kontroli nerwowo-mięśniowej stosowanej do stabilizacji dynamicznej,
• ocena obecności dysfunkcji w lokalnym układzie mięśniowym
• ocena wadliwych wzorców substytucji mięśni globalnych.

Konkretne interwencje związane z ćwiczeniami powinny mieć na celu przekwalifikowanie odpowiednich strategii kontroli motorycznej i zintegrowanie ich z określonymi ruchami funkcjonalnymi. Podejście to opiera się na znanych metodach reedukacji określonych umiejętności motorycznych, przeprowadzanej w trzech etapach, zgodnie z opisem Fittsa i Posnera⁶.

Etapy ponownego uczenia się kontroli motorycznej

Etap poznawczy ponownego uczenia się kontroli motorycznej

Od pacjentów wymaga się wysokiego poziomu świadomości, aby potrafili zwiększyć precyzję i umiejętność skurczu lokalnych mięśni bez globalnej substytucji mięśni. Wykonanie zadania można ułatwić poprzez zastosowanie biofeedbacku słuchowego, wzrokowego, palpacyjnego, kompresyjnego lub biofeedbacku EMG.

Ta forma treningu opiera się na budowaniu wzorca (patterning) i hamowaniu neuronów ruchowych, aktywnych w niewłaściwej fazie ruchu. Nabycie umiejętności następuje poprzez selektywną inhibicję niepotrzebnej aktywności mięśniowej oraz aktywację i synchronizację dodatkowych jednostek motorycznych.

Ponowne uczenie się kontroli motorycznej - etap asocjacyjny

Skupia się na dopracowaniu określonego wzorca ruchu. Osiągnięty wzorzec kokontrakcji jest włączany do zadań dynamicznych i pozycji statycznych, z uwzględnieniem dolegliwości pacjenta przy wykonywaniu konkretnych zadań.

Etap autonomiczny ponownego uczenia się kontroli motorycznej

Etap ten osiąga się po wielokrotnych powtórzeniach. Zadanie staje się nawykowe i do prawidłowego jego wykonania ruchowego wymagany jest jedynie niski stopień uwagi.

Przykład ćwiczenia z etapu autonomicznego ponownego uczenia się kontroli motorycznej

W celu reedukacji kontroli motorycznej tułowia najpierw należy nauczyć się izolowanych skurczów mięśnia poprzecznego brzucha, z kontrolowanym oddychaniem za pomocą przepony. Następnie istotne jest skoncentrowanie się na kokontrakcji mięśnia poprzecznego brzucha z mięśniem wielodzielnym lędźwi, przy zachowaniu neutralnej lordozy.

W kolejnym etapie trenuje się wzorzec kokontrakcji w obciążeniu, pozycji siedzącej i stojącej, ze zwracaniem uwagi na korekcję postawy.

Generowana siła powinna być mniejsza niż 30% maksymalnego dobrowolnego skurczu, aby zapewnić rekrutację niskoprogowych włókien tonicznych, zapewniających funkcję stabilizacji. Ponadto wydłużenie czasu skurczu mięśni ułatwi rekrutację włókien tonicznych.

Trening ze stymulacją czuciowo-ruchową powinien być integralną częścią ćwiczeń, aby wywołać wzrost aktywności mięśni stabilizujących postawę. Ćwiczenia na deskach typu rocker, równoważniach, wałkach piankowych i piłkach sensomotorycznych poprawiają kontrolę sensoryczną i koordynację ruchową.

Progresja ćwiczeń ponownego uczenia się kontroli motorycznej powinna przebiegać:

• od niskich obciążeń do wysokich,
• od zadań prostych do złożonych,
• od pozycji stabilnych do niestabilnych,
• od wytrzymałości do siły, a następnie od ruchów powolnych do szybkich i dynamicznych.

Tego rodzaju program ćwiczeń pozwoli przetorować zaburzone drogi aferentne, poprawi czucie ruchów w stawach i stabilizację odruchową oraz pozwoli osiągnąć zautomatyzowaną kontrolę postawy i ruchu.

Podsumowując, dbałość o jakość i precyzję ruchów oraz wzorce rekrutacji ma kluczowe znaczenie i musi być poddawana rehabilitacji zgodnie z możliwościami pacjenta. Celem takiego postępowania jest rozwinięcie skutecznej kontroli motorycznej.