Aktywność mięśni u dzieci ze spastycznym jednostronnym porażeniem mózgowym podczas chodu w ortezie - badanie eksploracyjne

Zaburzenie chodu w spastycznym jednostronnym porażeniu mózgowym 

Dzieci ze spastycznym jednostronnym porażeniem mózgowym (PM) stanowią jedną trzecią całej pediatrycznej populacji z PM¹. Kluczowym objawem tego podtypu PM jest nieprawidłowe napięcie mięśni, które przejawia się spastyczną stopą końską (pes equinus), czyli wygięciem kompleksu stopy i stawu skokowego po porażonej stronie. Spastyczność została zdefiniowana przez Lance’a² jako nadmierna pobudliwość odruchu rozciągania, który wywołuje mimowolne, zależne od szybkości zwiększenia napięcia mięśni. To zjawisko może wpływać na funkcję chodu, prowadząc do zaburzeń takich jak chodzenie na palcach, przeprost kolana i opadanie stopy^3-5.

Orteza w spastycznym jednostronnym porażeniu mózgowym

Powszechną praktyką kliniczną w PM przy zaburzeniu chodu jest przepisywanie zaopatrzenia ortotycznego na dotkniętą porażeniem kończynę dolną⁶. Orteza stawu skokowego i stopy (AFO – ankle-foot orthosis) z zawiasem pozwala na zgięcie grzbietowe, jednocześnie uniemożliwiając zgięcie podeszwowe poza ustaloną pozycję stawu skokowego i ma poprawiać funkcję chodu poprzez ułatwianie dotknięcia podłoża piętą przy początkowym kontakcie, sprzyjanie stabilności w fazie podporu i wspomaganie unoszenia stopy w fazie przeniesienia⁷. Poprzez ograniczanie stawu skokowego i wspieranie stopy orteza tego typu koryguje spastyczną stopę końską, co może utrudniać spastyczną aktywację tylnych mięśni łydki. Ponadto orteza stawu skokowego i stopy z zawiasem jest wskazana, gdy niezbędne jest cykliczne dynamiczne rozciąganie zginaczy podeszwowych w celu utrzymania lub zwiększenia elastyczności i długości mięśni. Uważa się, że innym czynnikiem klinicznie modulującym nieprawidłowe napięcie mięśni jest ortopedyczny projekt wewnętrznej podeszwy ortezy. Ortezy stawu skokowego i stopy mają podeszwy wewnętrzne albo bez dodatkowych modyfikacji (są bardziej płaskie), albo z modyfikacjami i większym wyprofilowaniem (ryc. 1). Wczesne studia przypadków sugerowały, że pewne cechy dodatkowego wsparcia podeszwowego obecne w podeszwie wewnętrznej ortezy mogą łagodzić nasilone napięcie mięśni u dzieci z PM^8,9. Takie cechy to pelota metatarsalna, uniesienie czterech bocznych palców u stopy oraz wsparcie wcięcia strzałkowego.

Ryc. 1. Po lewej orteza stawu skokowego i stopy z zawiasem w ustawieniu neutralnym oraz demonstrująca funkcję zgięcia grzbietowego. Po prawej podeszwy wewnętrzne obu typów ortezy – z niemodyfikowaną, bardziej płaską powierzchnią oraz z poprawioną bardziej wyprofilowaną powierzchnią. Strzałki wskazują na pelotę metatarsalną, uniesienie czterech bocznych palców u stopy oraz wsparcie wcięcia strzałkowego w podeszwie wyprofilowanej. (Zdjęcie: Eriksen & Horgmo, 2019).

W oparciu o doświadczenie kliniczne Hylton⁹ sugerowała, że bardziej wyprofilowane podeszwy wewnętrzne mogą poprawiać stabilność przyśrodkowo-boczną i kontrolę postawy poprzez wzmacnianie naturalnych łuków stopy, co z kolei sprzyjałoby propriocepcji i normalizacji napięcia. Współczesne badania kliniczne nad wpływem interwencji ortotycznych na aktywność mięśni u dzieci z PM są nieliczne i tylko kilka z nich sprawdzało, jak ta populacja reaguje na postępowanie ortotyczne na poziomie mięśniowym podczas chodzenia.

Istniejące piśmiennictwo traktuje głównie o innym rodzaju ortezy stawu skokowego i stopy – ortezie statycznej – w innym podtypie PM – obustronnym^10,11. Ustalenia z badań nad obustronnym podtypem PM mogą nie mieć zastosowania u dzieci, u których występuje porażenie jednostronne, ponieważ aktywność mięśni może być zależna od hemiplegicznego charakteru zaangażowania ruchowego. Zjawisko to uznane jest w systemach klasyfikacji chodu, które dzielą wzorce chodzenia według podtypu^4,5. Co więcej, statyczne ortezy stawu skokowego i stopy różnią się od ortez z zawiasem, ponieważ ograniczają zgięcie grzbietowe. Utrudnia to dynamiczne rozciąganie zginaczy podeszwowych, co może mieć wpływ na odpowiedź mięśni^12,13. Jedynie Romkes, Hell i Brunner¹⁴ badali aktywność mięśni u dzieci ze spastycznym jednostronnym PM chodzących w ortezie stawu skokowego i stopy z zawiasem. Ich badanie nie sprawdzało jednak aktywności żadnych z tylnych mięśni łydki. Zrozumienie, jak zginacze podeszwowe zachowują się w tej populacji, jest szczególnie ważne, zważywszy na sposób, w jaki spastyczność mięśnia brzuchatego łydki może wpływać na zaburzenia chodu^3,15. Nie zidentyfikowano prac, które zajmowałyby się wpływem bardziej wyprofilowanych podeszew wewnętrznych w połączeniu z ortezami stawu skokowego i stopy z zawiasem na aktywność mięśni u dzieci z PM.

Głównym celem niniejszego badania było sprawdzenie, czy ortezy stawu skokowego i stopy z zawiasem wiążą się ze zmianą aktywności mięśni podudzia u dzieci z jednostronnym spastycznym PM podczas chodzenia, zarówno odnośnie do całkowitej aktywności mięśni podczas cyklu chodu, jak i w profilach zmian w aktywności mięśni związanej z cyklem chodu. Drugorzędnym celem badania było sprawdzenie, czy bardziej wyprofilowane podeszwy wewnętrzne ortez stawu skokowego i stopy wiążą się z innymi zmianami aktywności mięśni niż podeszwy bez takich modyfikacji.

Metody przeprowadzenia badań aktywności mięśni u dzieci ze spastycznym jednostronnym porażeniem mózgowym podczas chodu w ortezie

Do badania zrekrutowano dziewiętnaścioro uczestników poprzez pediatryczną przychodnię związaną ze Szpitalem Uniwersyteckim w Oslo. Dwoje uczestników wykluczono w dniu zbierania danych ze względu na odmowę chodzenia jednego z nich i braku rozpoznania klinicznego spastycznej stopy końskiej u drugiego. Ostatecznie utworzono grupę złożoną z jedenastu chłopców i sześciu dziewczynek (średnia wieku 8,4 lat, zakres wieku: 5,6 – 10,3 lat), z czego u dziesięciorga występowało prawostronne porażenie połowicze.

Kryteriami włączającymi były: rozpoznanie jednostronnego spastycznego PM, wiek w zakresie 5-12 lat, klasyfikacja do grupy pacjentów chodzących samodzielnie, ale z zaleceniem ortezy stawu skokowego i stopy z zawiasem na stronę porażoną w celu korekcji spastycznej stopy końskiej. W badaniu spastyczność musiała być wykrywalna klinicznie w zakresie ruchu biernego zgięcia podeszwowego i niezbędne było zaobserwowanie wzorca chodu faworyzującego wczesne dotykanie podłoża przodostopiem. Do badania rekrutowano jedynie dzieci przyzwyczajone do regularnego noszenia ortezy stawu skokowego i stopy z zawiasem, by uniknąć zmian wynikających z przystosowywania się do leczenia ortotycznego. Kryteriami wykluczającymi były utrwalone przykurcze w obrębie kończyn dolnych niepozwalające na neutralne ustawienie stawów, leczenie przy pomocy toksyny botulinowej A podawanej do mięśni kończyn dolnych w ciągu wcześniejszych sześciu miesięcy oraz przejście operacji kończyn dolnych w ciągu wcześniejszych dwunastu miesięcy. Wykluczano także dzieci z zaburzeniami behawioralnymi, dla których protokół badania wydawał się zbyt wymagający.

Procedury dopasowania ortez przeprowadzono na oddziale ortotycznym Sophies Minde Ortopedi AS, filii Szpitala Uniwersyteckiego w Oslo. Każdy uczestnik otrzymał dwie ortezy stawu skokowego i stopy z zawiasem, które wykonano na miarę na podstawie odlewu gipsowego podudzia porażonej kończyny. Orteza pozwalała na nieograniczone zgięcie grzbietowe, ale zapobiegała zgięciu podeszwowemu poza pozycję neutralną stawu skokowego. Obie ortezy były termoplastyczne, z tylnym podparciem podudzia, z zawiasem na poziomie kostki bocznej i przyśrodkowej oraz o segmencie na stopę pełnej długości i o całkowitym kontakcie. Obie ortezy różniły się jedynie projektem podeszwy wewnętrznej. AFOf (ankle-foot orthosis with flatter footplate), czyli orteza z bardziej płaską, mniej wyprofilowaną podeszwą wewnętrzną miała podeszwę wykonaną dokładnie na podstawie odlewu gipsowego, podczas gdy AFOc (ankle-foot orthosis with contoured footplate), czyli orteza z bardziej wyprofilowaną podeszwą wewnętrzną była wyposażona w poprawioną podeszwę, zmodyfikowaną z uwzględnieniem cech wsparcia opisanych przez Hylton⁹ (ryc. 1). W celu zminimalizowania zróżnicowania odlewy dla wszystkich uczestników i poprawki wszystkich modeli gipsowych wykonał jeden specjalista ortotyki, a wszystkie ortezy zbudował jeden technik. Zbieranie danych przeprowadzono w laboratorium analizy ruchu Szpitala Uniwersyteckiego w Oslo po okresie jednego miesiąca, podczas którego uczestnicy nosili jedynie AFOc, by przyzwyczaić się do podeszwy wyposażonej w dodatkowe wsparcie. W badaniu zastosowano elektromiografię powierzchniową rejestrującą sygnały z przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki oraz z mięśnia piszczelowego przedniego. Zastosowano jednocześnie system rejestrowania ruchu obejmujący kamery oraz płytki siłowe.

Uczestnikom polecono przejść z dobraną przez siebie szybkością po 8-metrowej wyznaczonej trasie zawierającej płytki siłowe. Przeprowadzano najpierw pokonanie dystansu boso, a potem w obu modelach ortezy. Następnie określono profile zmiany aktywności mięśni poprzez wyliczenie różnicy elektromiograficznej dla każdego punktu czasowego cyklu chodu w AFOf w stosunku do chodu boso, chodu w AFOc w stosunku do chodu boso oraz chodu w AFOc w stosunku do chodu w AFOf.

Wyniki badań aktywności mięśni u dzieci ze spastycznym jednostronnym porażeniem mózgowym podczas chodu w ortezie

Całkowita aktywność mięśni u dzieci ze spastycznym jednostronnym porażeniem mózgowym podczas chodu w ortezie

Nie stwierdzono znaczących różnic między AFOf a chodem boso dla żadnego z mięśni jeśli chodzi o całkowitą aktywność mięśni. W porównaniu AFOc z chodem boso wykryto co najmniej 9-procentowe zmniejszenie aktywności mięśnia piszczelowego przedniego oraz nieznaczący statystycznie trend ku niższej aktywności przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki. Nie stwierdzono żadnych znaczących różnic w ogólnej aktywności mięśni między obiema ortezami, ale zaobserwowano niższą aktywność obu mięśni podczas chodu w AFOc.

Profile zmiany w aktywności mięśni u dzieci ze spastycznym jednostronnym porażeniem mózgowym podczas chodu w ortezie

Dla obu mięśni podudzia zaobserwowano interwały statystycznie znaczącej zmiany w aktywności mięśni między wszystkimi trzema warunkami chodu (ryc. 2 i ryc. 3). Wykresy porównania AFOf z chodem boso wykazują zmniejszenie aktywności obu mięśni podczas wczesnej fazy podporu (między 6-23% cyklu chodu dla mięśnia brzuchatego łydki i między 17-23% cyklu dla mięśnia piszczelowego przedniego). Zwiększoną aktywność zaobserwowano w przyśrodkowym mięśniu brzuchatym łydki w późnej fazie podporu łącznie z przejściem do fazy przeniesienia między 44-68% cyklu chodu i ponownie w późnej fazie przeniesienia między 88-95%, podczas gdy w mięśniu piszczelowym przednim zarejestrowano zmniejszoną aktywność podczas fazy przeniesienia między 73-81% cyklu chodu. Wykresy dla porównania AFOc z chodem boso ujawniły jedynie niższą aktywność mięśni. Zaobserwowano zmniejszoną aktywność przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki podczas wczesnej fazy podporu między 4-20% cyklu chodu, co częściowo współwystępowało ze zmniejszoną aktywnością mięśnia piszczelowego przedniego między 5-27% cyklu. Podczas fazy przeniesienia zmianę zaobserwowano jedynie w mięśniu piszczelowym przednim – doszło do zmniejszenia jego aktywności między 65-86% cyklu chodu.

Ryc. 2. Profile zmiany w aktywności przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki: po lewej podczas chodu w AFOf w porównaniu z chodem boso, na środku podczas chodu w AFOc w porównaniu z chodem boso i po prawej podczas chodu w AFOc w porównaniu z AFOf. Wykres obrazuje średnią zmianę aktywności mięśni. Cykl chodu odzwierciedla oś x, a różnice w rejestrowanym napięciu widoczne są w miniwoltach na osi y. Interwały statystycznie znaczącej różnicy w aktywności mięśni występują w miejscach, gdzie obrys wykresu nie obejmuje osi x

 

Ryc. 3. Profile zmiany w aktywności mięśnia piszczelowego przedniego: po lewej podczas chodu w AFOf w porównaniu z chodem boso, na środku podczas chodu w AFOc w porównaniu z chodem boso i po prawej podczas chodu w AFOc w porównaniu z AFOf. Wykres obrazuje średnią zmianę aktywności mięśni. Cykl chodu odzwierciedla oś x, a różnice w rejestrowanym napięciu widoczne są w miniwoltach na osi y. Interwały statystycznie znaczącej różnicy w aktywności mięśni występują w miejscach, gdzie obrys wykresu nie obejmuje osi x.

Przy porównaniu obu ortez zaobserwowano generalnie mniejsze różnice i mniejszy rozmiar zmiany. Wykres porównania AFOc z AFOf ukazuje zmniejszoną aktywność w momencie przejścia między fazami. Dla przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki zaobserwowano obniżoną aktywność podczas przejścia z fazy podporu do fazy przeniesienia (między 48-57% cyklu) i znowu podczas przejścia z fazy przeniesienia do fazy podporu (od 85% do 4% cyklu). Podczas przejścia z fazy przeniesienia do fazy podporu (od 95% do 9% cyklu) stwierdzono także zmniejszoną aktywność mięśnia piszczelowego przedniego. Przy pojedynczym podparciu zaobserwowano przeciwne wzorce mięśni podudzia z nieco zwiększoną aktywnością przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki (13-25% cyklu) i jednoczesną nieco zmniejszoną aktywnością mięśnia piszczelowego przedniego (20-24%).

Parametry czasoprzestrzenne

Analiza parametrów czasoprzestrzennych wykazała, że podczas chodu w każdej z ortez długość kroków była znacząco wydłużona, a kadencja chodu znacząco zmniejszona w porównaniu z chodem boso. Nie stwierdzono statystycznie znaczących różnic między ortezami. Prędkość chodu pozostawała taka sama we wszystkich trzech warunkach chodu. Nie stwierdzono znaczących różnic między warunkami chodu podczas fazy podporu.

Omówienie wyników badań aktywności mięśni u dzieci ze spastycznym jednostronnym porażeniem mózgowym podczas chodu w ortezie

Celem niniejszego badania było sprawdzenie, czy aktywność mięśni podudzia u dzieci ze jednostronnym spastycznym PM zmienia się podczas chodu w różnych typach ortez stawu skokowego i stopy.

Ustalenia wskazują, że choć całkowita aktywność mięśnia piszczelowego przedniego i przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki pozostawała przeważnie niezmieniona, zaobserwowano redystrybucję aktywności mięśniowej. W rzeczy samej wzorzec aktywacji mięśni był znacząco inny zarówno w fazie podporu, jak i w fazie przeniesienia we wszystkich warunkach chodu.

Najwyraźniejszą różnicę stanowiło zmniejszenie aktywności przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki podczas wczesnej fazy podporu w trakcie chodu w każdej z ortez w porównaniu z chodem boso.

Nie stwierdzono znaczących różnic w prędkości chodzenia między poszczególnymi warunkami testowymi, co sugeruje, że zmiany w aktywności mięśni związane są z innymi czynnikami¹⁸. Jako że EMG nie jest w stanie odróżniać funkcjonalnej aktywności mięśni od mimowolnej reakcji spastycznej, u podłoża wykrytej zmiany może leżeć jedno zjawisko, drugie zjawisko lub oba.

Ortezy stawu skokowego i stopy z zawiasem mają zapobiegać spastycznej aktywacji mięśni łydki poprzez ograniczanie zgięcia podeszwowego. Zaobserwowane zmniejszenie aktywności może więc wynikać z braku reakcji spastycznej, do której dochodziło podczas chodu boso, gdy zginacze podeszwowe były szybko rozciągane, doprowadzając do przedwczesnego kontaktu przodostopia z podłożem we wczesnej fazie podporu. To sugeruje, że leczenie ortotyczne przy pomocy ortez stawu skokowego i stopy z zawiasem może skutecznie utrudniać aktywację spastyczną przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki podczas tej fazy chodu, w której wcześniej zgłaszano nieprawidłową aktywność mięśni w tej populacji^13,19.

Przy obu ortezach zaobserwowano zmniejszoną aktywność mięśnia piszczelowego przedniego podczas wczesnej fazy podporu, co miało miejsce nieco później i częściowo nakładało się na obniżenie aktywności przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki. Te zsynchronizowane zmiany w agoniście i antagoniście wydają się być ze sobą powiązane i mogą wynikać z faktu, że gdy dochodzi do stłumienia reakcji spastycznej w przyśrodkowym mięśniu brzuchatym łydki, stabilizacja stawu skokowego poprzez koaktywację przedniego mięśnia piszczelowego jest zbędna. W fazie przeniesienia zaobserwowano interwały zmniejszonej aktywności przedniego mięśnia piszczelowego przy zastosowaniu obu ortez. Poprzez ograniczanie zgięcia podeszwowego ortezy te skutecznie kompensują funkcję zgięcia grzbietowego w powstrzymywaniu stopy przed opadaniem, gdy noga przenoszona jest do przodu. Dlatego też utrzymywanie palców w górze mniej zależy od aktywacji mięśnia piszczelowego przedniego, przez co mięsień ten może pozostawać nieaktywny w fazie przeniesienia. Jest to zgodne z ustaleniami Romkes i wsp.¹⁴, którzy także donosili o niższej aktywności przedniego mięśnia piszczelowego podczas fazy przeniesienia u dzieci z PM, które chodziły w ortezie stawu skokowego i stopy.

Wielkość tego zmniejszenia w porównaniu z ortezą bez modyfikacji była bliska znaczeniu statystycznemu. Sugeruje to, że zmodyfikowana podeszwa wewnętrzna może podczas chodu wywierać na zachowanie mięśni wpływ tłumiący, jako że poza tym elementem obie ortezy były identyczne pod względem funkcjonalnym. Cechy dodatkowe podeszwy bardziej wyprofilowanej mają w założeniu łagodzić nadmierne napięcie spastycznych zginaczy podeszwowych²⁰. Dlatego ciekawy jest fakt, że największy efekt uwidocznił się w przednim mięśniu piszczelowym, który jest głównie zginaczem grzbietowym. Mięsień ten rzadko jest spastyczny, co sugeruje, że niższa jego aktywność wynika ze zmniejszonej aktywacji funkcjonalnej. Skoro tak jest, bardziej wyprofilowane podeszwy mogą wiązać się z uzyskaniem zamierzonej redukcji aktywności przyśrodkowego mięśnia brzuchatego, prawdopodobnie dzięki hamowaniu spastyczności, ale kosztem niezamierzonego i większego obniżenia aktywności funkcjonalnej jego antagonisty, mięśnia piszczelowego przedniego.

Z perspektywy klinicznej ustalenia niniejszego badania wskazują na ortezę stawu skokowego i stopy z zawiasem bez dodatkowych modyfikacji podeszwy jako wybór preferowany – w oparciu o dwa spostrzeżenia. Po pierwsze, ten model ortezy wiązał się ze zmniejszoną aktywnością mięśnia piszczelowego przedniego przez krótszą część fazy przeniesienia (8% w porównaniu do 21% przy modelu ze zmodyfikowaną podeszwą). Dezaktywacja mięśnia piszczelowego przedniego podczas fazy przeniesienia stanowi niepożądaną konsekwencję zastosowania ortezy, która może z czasem pogarszać siłę mięśni i ich funkcję¹⁴. Po drugie, wyższą aktywność zaobserwowano w przyśrodkowym mięśniu brzuchatym podczas późnej fazy podporu przy niezmodyfikowanej ortezie. Van der Krogt i wsp.¹³ ustalili, że prędkość rozciągania przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki jest niższa u dzieci z jednostronnym spastycznym PM podczas fazy podporu. Wynika z tego, że zaobserwowany wzrost aktywności może mieć charakter funkcjonalny, a nie spastyczny, ponieważ przed wystąpieniem spastycznej odpowiedzi dochodzi do szybkiego rozciągnięcia mięśnia². Ponadto Romkes i Brunner²¹ donosili o większej aktywacji przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki u prawidłowo rozwijających się dzieci między 40-50% cyklu chodu w porównaniu z dziećmi z jednostronnym spastycznym PM. To ustalenie pokrywa się ze zwiększeniem aktywności zaobserwowanym w niniejszym badaniu i sugeruje, że chodzenie w ortezie z podeszwą bez modyfikacji może zapewniać większe podobieństwo wzorca aktywacji do tego, który występuje u prawidłowo rozwijających się dzieci. 

Wnioski z badań aktywności mięśni u dzieci ze spastycznym jednostronnym porażeniem mózgowym podczas chodu w ortezie

Ustalenia z niniejszego badania wykazują, że zastosowanie ortez stawu skokowego i stopy z zawiasem wiąże się ze zmianami w aktywacji przyśrodkowego mięśnia brzuchatego łydki, które mogą oznaczać złagodzenie spastyczności podczas chodu u dzieci z jednostronnym spastycznym PM. Z dwóch ortez tutaj zastosowanych model z podeszwą wewnętrzną bez dodatkowych modyfikacji i większego wyprofilowania odpowiadał mniejszej redukcji całkowitej aktywności mięśni w porównaniu z chodzeniem boso, a jednocześnie umożliwiał najbardziej funkcjonalną aktywność obu mięśni.

Przyszłe badania powinny obejmować większe próby uczestników i dodatkowe modele ortez w celu pogłębienia wiedzy na temat interwencji ortotycznych odnośnie do aktywności mięśni u dzieci z PM.

Źródło: Gait & Posture. 2020; 80: 31-36. © 2020 The Authors Adaptacja: Katarzyna Bogiel

Na podstawie licencji CC BY (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)