1OKRES PRENATALNY
1.1. ROZWÓJ STOPY
Bogdan Ciszek
Kiedy myślimy o anatomii rozwoju jakiejkolwiek części ciała, najczęściej horyzontem zdarzeń jest moment narodzin. Wynika to zarówno z układu podręczników narzucającego tradycyjne myślenie, jak i z braku dostatecznie systematycznych badań nad anatomią dziecka. Przytłaczająca większość badań sekcyjnych opiera się na materiale z okresu płodowego lub pochodzącego od osób dorosłych. Obserwacje anatomiczne z okresu dziecięcego są zdominowane przez wady i deformacje lub opierają się na obserwacjach chirurgicznych, z natury rzeczy mających charakter kazuistyczny. Obrazowanie przyżyciowe wspomaga nas tu tylko częściowo i niejako przy okazji analizowania materiału chorych. Nie inaczej jest ze stopą i dlatego czytelnicy muszą wybaczyć autorowi niedosyt, jaki będą odczuwać po lekturze niniejszego rozdziału [1-9].
ROZWÓJ STOPY W OKRESIE ZARODKOWYM
Stadium rozwojowe to etap rozwoju osobniczego, kiedy organizm cechuje odmienny zespół właściwości morfologicznych i fizjologicznych, w tym przypadku przypisanych do długości ciemieniowo-siedzeniowej zarodka (ryc. 1.1-1.6).
RYCINA 1.1.
Morfologia zarodka wg Kollmana w modyfikacji własnej. Widoczne przekształcenia zawiązka kończyny dolnej w fazie embrionalnej.
1. kość biodrowa, 2. tętnica pępkowa, 3. tętnica udowa, 4. tętnica osiowa (kulszowa), 5. kość udowa, 6. krętarz większy, 7. kolano, 8. piszczel, 9. strzałka, 10. staw skokowo-goleniowy
RYCINA 1.2.
Kościec i tętnice kończyny dolnej zarodka w fazie mezenchymatycznej w stadium o wielkości 11 mm wg Bardeena w modyfikacji własnej.
1. zawiązek mięśnia czworogłowego uda, 2. zawiązek mięśni biodra, 3. zawiązek mięśnia goleni, 4. zawiązek mięśni grzbietu, 5. kręgosłup, 6. nerw rdzeniowy, 7. cewa nerwowa - rdzeń kręgowy, 8. nerw udowy wychodzący ze splotu lędźwiowego, 9. nerw kulszowy wychodzący ze splotu krzyżowego, S1 - 1. kręg krzyżowy, S2 - 2. kręg krzyżowy, L2 - 2. kręg lędźwiowy, L3 - 3. kręg lędźwiowy, L5 - 5. kręg lędźwiowy
RYCINA 1.3.
Tkanki miękkie kończyny dolnej zarodka o wielkości 11 mm wg Bardeena i Lewisa w modyfikacji własnej.
1. mięsień czworoboczny uda, 2. mięsień piszczelowy przedni, 3. mięsień prostownik długi palców, 4. mięsień smukły, 5. miednica, 6. kolano, 7. nerw udowy, 8. mięsień krawiecki, 9. mięsień prostownik długi palucha
RYCINA 1.4.
Tkanki miękkie kończyny dolnej zarodka w 7. tygodniu wg Bardeena i Lewisa w modyfikacji własnej.
1. tętnica osiowa, 2. tętnica udowa, 3. gałąź łącząca górna, 4. tętnica podkolanowa głęboka, 5. tętnica piszczelowa powierzchowna tylna, 6. tętnica strzałkowa tylna powierzchowna, 7. tętnica przeszywająca goleni, 8. tętnica międzykostna, 9. gałąź łącząca dolna, 10. tętnica przeszywająca stępu, 11. tętnica piszczelowa przednia, 12. tętnice podeszwowe
RYCINA 1.5.
Rozwój układu tętniczego w obrębie goleni wg Seniora w modyfikacji własnej.
1. tętnica osiowa, 2. tętnica udowa, 3. gałąź łącząca górna, 4. tętnica podkolanowa głęboka, 5. tętnica piszczelowa powierzchowna tylna, 6. tętnica strzałkowa tylna powierzchowna, 7. tętnica przeszywająca goleni, 8. tętnica międzykostna, 9. gałąź łącząca dolna, 10. tętnica przeszywająca stępu, 11. tętnica piszczelowa przednia, 12. tętnice podeszwowe , 13. tętnica udowa głęboka, 14. tętnica podkolanowa, 15. tętnica piszczelowa, 16. tętnica strzałkowa, 17. tętnica grzbietowa stopy
RYCINA 1.6.
Rozwój układu tętniczego w obrębie goleni wg Seniora w modyfikacji własnej.
- Stadium zarodka o wielkości 4 mm.
Zawiązek kończyny dolnej pojawia się w 3. tygodniu życia zarodkowego w postaci podłużnego zgrubienia na granicy miotomów ostatniego lędźwiowego i pierwszego krzyżowego.
- Stadium zarodka o wielkości około 6 mm.
Zgrubienie przekształca się w zawiązek, który rośnie ku bokowi. Jego powierzchnia grzbietowa jest wypukła, powierzchnia brzuszna płaska, a brzeg zawiązka zaokrąglony. Pojawiają się pierwociny układu tętniczego odchodzące od tętnicy pępkowej, które przekształcają się w tętnicę osiową i tętnicę udową. Kościec znajduje się w fazie mezenchymatycznej.
- Stadium zarodka o wielkości 8-11 mm.
Widoczny jest podział na trzy odcinki: udo, goleń i stopę. Powstaje splot lędźwiowo-krzyżowy. Do zawiązka kończyny wypełnionego mezenchymą zaczynają wrastać główne nerwy kończyny oraz tętnica osiowa (arteria axialis), zwana też kulszową. Układa się ona ku tyłowi od zawiązka kośćca i kończy się splotem podeszwowym. Na swoim przebiegu wysyła 2 lub 3 gałęzie przeszywające, które tworzą splot grzbietowy stopy.
- Stadium zarodka o wielkości 11-13,5 mm.
Wyraźna już płyta przyszłej stopy ustawia się swoją płaską powierzchnią (podeszwą) w płaszczyźnie poziomej i skierowana jest dogłowowo. Następnie obserwuje się obrót do wewnątrz powierzchnią podeszwową.
Przyszłe zginacze kończyny znajdują się po przyśrodkowej stronie jej zawiązka. Zawiązek ma brzeg piszczelowy położony dogłowowo i strzałkowy - doogonowo. Tętnica i żyła osiowa biegną wzdłuż brzegu strzałkowego. Otaczają one zawiązek kośćca kończyny wzdłuż brzegu płyty stopy stanowiącego połączenie powierzchni grzbietowej i podeszwowej. Pomiędzy tętnicą osiową a splotem grzbietowym biegnie pojedyncze naczynie - tętnica przeszywająca stępu (arteria perforans tarsi). Niekiedy można w tym stadium dostrzec zaakcentowane miejsce rozwoju palucha na brzegu piszczelowym.
- Stadium zarodka o wielkości 14-16 mm.
Od 6. tygodnia obserwujemy promienie stopy i zagłębienia między nimi. Widoczne jest zróżnicowanie okolicy stawu skokowo-goleniowego i stopy.
Nerw strzałkowy biegnie wzdłuż powierzchni grzbietowej i wrasta do zawiązka prostowników goleni. Prostowniki ulegają oddzieleniu od mięśni strzałkowych, a pomiędzy nimi biegnie nerw strzałkowy powierzchowny. Również nerw piszczelowy jest widoczny z nerwem podeszwowym przyśrodkowym wzdłuż brzegu piszczelowego i nerwem podeszwowym bocznym wzdłuż brzegu strzałkowego. Zróżnicowaniu ulegają mięsień piszczelowy przedni i tylny oraz trójgłowy łydki i uzyskują swoje miejsca przyczepu w miejscu rozwoju odpowiednich kości. Podobnie długie mięśnie palucha i długie mięśnie palców. Mięśnie krótkie stopy nie są jeszcze widoczne.
Pomiędzy tętnicą udową a tętnicą osiową powstaje gałąź łącząca górna. Połączenie to odpowiada przejściu tętnicy udowej w tętnicę podkolanową w rozworze przywodzicieli. Z kolei ku przodowi odchodzi gałąź przeszywająca goleni, inaczej gałąź łącząca środkowa kontynuująca swój bieg jako tętnica piszczelowa przednia. Tym samym tętnica osiowa ulega podziałowi na trzy odcinki i są to:
- tętnica kulszowa od tętnicy pępkowej do połączenia z gałęzią łączącą górną,
- tętnica podkolanowa głęboka do odejścia tętnicy łączącej środkowej i dalej,
- tętnica międzykostna.
Od tętnicy podkolanowej głębokiej odchodzą tętnica piszczelowa tylna powierzchowna i tętnica strzałkowa powierzchowna. Tętnica międzykostna jest połączona z tętnicą piszczelową tylną powierzchowną przez gałąź łączącą dolną.
- Stadium zarodka o wielkości 18-20 mm.
W ten sposób do stopy docierają cztery naczynia tętnicze: tętnica piszczelowa przednia, tętnica międzykostna, tętnica piszczelowa tylna powierzchowna i tętnica strzałkowa powierzchowna. Tętnica międzykostna oddaje tętnicę przeszywającą stępu i przechodzi w tętnicę podeszwową boczną, a tętnica piszczelowa tylna powierzchowna wytwarza zespolenia z tętnicą międzykostną i strzałkową powierzchowną tylną, a następnie przechodzi w tętnicę podeszwową przyśrodkową.
U zarodka wielkości 20 mm występują 4 poduszeczki odpowiadające przestrzeniom międzypalcowym. Towarzyszą im poduszeczki piszczelowa i strzałkowa na odpowiednich brzegach stopy. Na końcach palców pojawiają się poduszeczki szczytowe, a następnie pierwsza poduszeczka międzypalcowa zlewa się z piszczelową i tak powstaje poduszeczka palucha. Poduszeczka strzałkowa się zmniejsza.
- Stadium zarodka o wielkości 22-24 mm.
U zarodka 6-tygodniowego nadal dokonuje się zwrot podeszwy przyśrodkowo, aż osiągnie on 90° w 7. tygodniu życia.
W tym stadium widoczny jest wyraźnie paluch. Powierzchnia podeszwy i grzbietu stopy znajduje się w płaszczyźnie goleni, co oznacza, że stopa pozostaje w położeniu końskim, a cała kończyna jest w położeniu rotacji zewnętrznej. Na powierzchni podeszwowej są widoczne poduszeczki.
Między 6. a 8. tygodniem kościec mezenchymatyczny ulega chrzęstnieniu. Jako pierwsze ulegają mu trzy środkowe kości śródstopia, następnie kość V, stęp i kość I śródstopia oraz paliczki od proksymalnego do dystalnego, a na końcu dystalny paliczek palca małego. Pomiędzy elementami szkieletu chrzęstnego pozostają pośrednie strefy mezenchymatyczne, które przekształcą się w stawy. Jeszcze zanim dojdzie do pojawienia się jamy stawu, widoczny jest zarys powierzchni stawowych. Jednak praktycznie do końca okresu zarodkowego strefa mezenchymatyczna jest jednorodna.
W 7. tygodniu pojawiają się zróżnicowane mięśnie krótkie stopy. Można zidentyfikować nerw udowo-goleniowy do poziomu kostki, a także ścięgna mięśni piszczelowych i ścięgno Achillesa, podobnie jak ścięgna długich zginaczy. Nerwy podeszwowe pojawiają się w obrębie stopy.
- Stadium zarodka o wielkości 30 mm.
Z końcem 8. tygodnia stopy stykają się swoimi powierzchniami podeszwowymi, nadal zachowując położenie końskie.
Tętnica udowa zyskuje coraz większe znaczenie, aż dochodzi do przerwania ciągłości tętnicy kulszowej. Zanikają tętnica międzykostna oraz tętnica przeszywająca stępu. W związku z tym tętnica podeszwowa boczna stanowi teraz kontynuację tętnicy piszczelowej powierzchownej tylnej. Tętnica strzałkowa powierzchowna tylna zanika, a gałąź łącząca dolna staje się ostateczną tętnicą strzałkową. Tętnica piszczelowa tylna powierzchowna jest odtąd tętnicą piszczelową tylną i źródłem tętnic podeszwowych, które w 8. tygodniu wykształcają układ naczyniowego łuku podeszwowego stopy.
ROZWÓJ STOPY W OKRESIE PŁODOWYM
Okres płodowy jest zdominowany przez wzrost i rozbudowę chrzęstnych zawiązków kości, procesy powstawania jam stawowych, wyodrębnianie się więzadeł oraz zainicjowanie kostnienia. Mięśnie, nerwy i naczynia zwiększają swoje wymiary stosownie do wzrostu stopy i całego organizmu.
Długość stopy, poczynając od 3. miesiąca życia płodowego, w którym wynosi 10 mm, przyrasta w przybliżeniu liniowo, osiągając w 5. miesiącu 30 mm, około 7. miesiąca - 50 mm i około 70 mm przy urodzeniu. Również w połowie 3. miesiąca zmienia się ustawienie stopy - pojawia się zgięcie grzbietowe (stopa się prostuje). Pierwszy promień pozostaje w przywiedzeniu, a pozostałe palce są rozstawione. W połowie 4. miesiąca znika ustawienie końskie i stopa ulega stopniowemu nawróceniu, które jednak nie ulega zakończeniu do urodzenia.
Kostnienie. Proces kostnienia rozpoczyna się w dystalnym paliczku palucha, następnie obejmuje kości śródstopia, paliczki dystalne pozostałych palców, pozostałe paliczki bliższe i w końcu paliczki środkowe. Dzieje się to w okresie między 3. a 5. miesiącem życia płodowego. Palec V w około 40% pozostaje dwupaliczkowy.
W obrębie stępu pierwsza kostnieje kość piętowa - obwodowo u płodów o wielkości niespełna 100 mm, a u płodów o wielkości 125 mm pojawia się śródchrzęstne jądro kostnienia. U noworodków kość ta jest zawsze skostniała. Natomiast kość skokowa, która kostnieje jako kolejna, u noworodków o niskiej masie urodzeniowej (< 2000 g) w około 13% nie wykazuje jeszcze kostnienia. Kość sześcienna jest ostatnim elementem stępu, który może wykazywać kostnienie jeszcze przed urodzeniem, a sporadycznie także kość klinowata boczna.
Jeszcze przed pojawieniem się jąder kostnienia chrząstka tworząca kości zostaje zinfiltrowana przez wypustki ochrzęstnej tworzące kanały, wzdłuż których biegną naczynia odżywcze.
Niektóre kości stopy mogą się przejściowo zrastać na różnych etapach rozwoju płodowego. W piśmiennictwie opisuje się chrząstkozrosty pomiędzy kością piętową i łódkowatą, piętową a skokową, czego pozostałością może być os sustentaculi, oraz między podstawą kości III śródstopia i kością klinowatą boczną oraz kością IV śródstopia i kością sześcienną.
Powstawanie stawów. Proces powstawania stawów związany jest z formowaniem w obrębie pośredniej strefy mezenchymatycznej pomiędzy kośćmi jamy stawowej. Z początkowych trzech warstw mezenchymy zanika warstwa środkowa, a ściany tak powstałej jamy zostają wysłane błoną maziową.
Pierwszym stawem, w którym dochodzi do powstania jamy, jest staw skokowo-goleniowy, w kolejnych dzieje się to do zakończenia 9. tygodnia. Zanim do tego dojdzie, w okresie zarodkowym (stadium 14 mm) kość skokowa jest wklinowana między kość piszczelową a strzałkową, wytwarzając osobne połączenia z każdą z tych kości. Dopiero z końcem okresu zarodkowego (stadium 27 mm) kości te zbliżają się do siebie, a kość skokowa "zepchnięta" dystalnie przyjmuje pozycję zbliżoną do ostatecznej.
Na pograniczu okresu zarodkowego i płodowego u płodu w stadium wielkości 33 mm dochodzi do formowania się więzadeł. Jako pierwsze różnicuje się więzadło piszczelowo-strzałkowe tylne, a dalej przednie oraz więzadło piętowo-strzałkowe. Na tym etapie widoczna jest już głęboka warstwa więzadła trójgraniastego. Więzadła w stawie podskokowym rozwijają się w następnym etapie. W stadium zarodka wielkości 40 mm więzadło trójgraniaste uzyskuje warstwę powierzchowną i rozwijają się więzadła stawu podskokowego. Więzadło skokowo-piętowe międzykostne jest uformowane w stadium wielkości zarodka 85 mm.
Wcześniej jeszcze, w stadium zarodka o wielkości 15 mm, rozwijają się więzadła międzykostne w linii stawu Lisfranca. Również wcześniej, w stadium zarodka o wielkości 23 mm, zapoczątkowany jest rozwój więzadła śródstopnego poprzecznego, który trwa do etapu, kiedy zarodek osiągnie wielkość 110 mm wraz z rozwojem torebek stawowych stawów śródstopno-palcowych. Powstanie tego więzadła wraz ze zmianami kształtu kości stępu i śródstopia odpowiada za ustawienie pierwszego promienia stopy i samego palucha oraz zmniejszenie embrionalnego rozstawienia palców.
ROZWÓJ STOPY PO URODZENIU
- Od 30 do 50% noworodków wykazuje koślawe ustawienie kości piętowej, które wycofuje się samoistnie (ryc. 1.7).
- Długość stopy u dziewcząt w 1. roku życia i u chłopców w wieku 1,5 roku odpowiada połowie długości stopy w wieku dojrzałym.
- Przyrost roczny długości stopy około 1 cm jest charakterystyczny dla dziewcząt od 5. do 12. roku życia i dla chłopców od 5. do 14. roku życia. Następnie przyrost długości zmniejsza się. Ostatecznie u mężczyzn stopa jest średnio 2 cm dłuższa niż u kobiet. Z kolei w okresie ciąży i po jej rozwiązaniu wymiary stopy u kobiet się zwiększają.
- Łuk podłużny stopy jest ukryty pod tkankami miękkimi do 12.-16. miesiąca życia. Proces jego kształtowania trwa do około 2,5 roku.
- Kostnienie zaczyna się od kości klinowatej bocznej (pierwotne jądro kostnienia). Następnie pojawia się jądro kostnienia w nasadzie dalszej strzałki. Kolejno pojawiają się pierwotne jądra kostnienia kości klinowatej pośredniej, potem przyśrodkowej i dalej łódkowatej. Podobnie jak w okresie płodowym, kostnienie palców zaczyna się od nasady dystalnego paliczka palucha. Kolejno kostnieją nasady bliższe paliczków bliższych palców II, III i IV. W paliczkach dalszych pojawiają się w 3.-4. roku życia. W kościach śródstopia jądra w nasadach pojawiają się od strony przyśrodkowej w kierunku bocznym.
RYCINA 1.7.
Redukcja fizjologicznej koślawości stawu skokowo-goleniowego po urodzeniu wg Lanza i Wachsmutha w modyfikacji własnej. Od lewej: noworodek, dwulatek, dwunastolatek, dorosły. Kolorem niebieskim oznaczono chrząstkę. W niej widoczne jądra kostnienia.
- W obrębie dalszej nasady piszczeli pojawia się jej skręcenie zewnętrzne osiągające ostatecznie około 4. roku życia około 20° (fizjologiczna torsja zewnętrzna goleni). Jest ono większe po stronie prawej. Jednak początkowo u noworodków w około 40% przypadków można zaobserwować torsję wewnętrzną goleni sięgającą 10°, co powoduje ustawienie stóp do środka.
ODMIANY NACZYNIOWE STOPY
Ze złożonego rozwoju struktur stopy wynikają występujące w jej obrębie odmiany układu tętniczego. Nie podaję ich częstości, gdyż nie ma to znaczenia dla umiejętności ich rozpoznania, jeśli wystąpią.
- Tętnica łydkowa wielka (arteria suralis magna) - odmiana w postaci naczynia rozpoczynającego się od tętnicy podkolanowej i towarzyszącego nerwowi łydkowemu i żyle odstrzałkowej. Stanowi pozostałość tętnicy osiowej. Kończy się w sieci tętniczej stopy, biegnąc powierzchownie po okolicy kanału kostki przyśrodkowej (ryc. 1.8).
- Tętnica odpiszczelowa (arteria saphena magna) - towarzyszy żyle odpiszczelowej, jest gałęzią tętnicy udowej, tętnicy podkolanowej lub tętnicy piszczelowej tylnej i kieruje się na przyśrodkowy brzeg stopy aż do palucha. Zespala się z gałęziami tętnicy grzbietowej stopy (ryc. 1.9.).
- Tętnica strzałkowa wielka (arteria peronea magna) - jest pozostałością tętnicy strzałkowej tylnej powierzchownej, która przedłuża się w tętnicę podeszwową boczną zaopatrującą praktycznie całą podeszwę (ryc. 1.10).
- Tętnica przeszywająca stępu (arteria perforans tarsi) - zwykle w zatoce stępu biegnie niewielkie naczynie tętnicze. O anomalii mówi się wtedy, gdy osiąga ono duże rozmiary, łącząc tętnicę grzbietową stopy z tętnicą podeszwową przyśrodkową (ryc. 1.11).
- Brak tętnicy grzbietowej stopy - tętnica piszczelowa przednia kończy się siatką naczyń tętniczych bez wytworzenia tętnic śródstopnych grzbietowych i gałęzi podeszwowej głębokiej (ryc. 1.12).
- Brak zespolenia tętnic podeszwowych - otwarty łuk podeszwowy.
- Łuk podeszwowy w formie sieci tętniczej.
1. tętnica podkolanowa, 2. tętnica łydkowa wielka, 3. kostka boczna
RYCINA 1.8.
Arteria suralis magna wg Seniora w modyfikacji własnej.
1. tętnica udowa, 2. tętnica odpiszczelowa, 3. mięsień przywodziciel wielki, 4. mięsień smukły
RYCINA 1.9.
Arteria saphena magna wg Seniora w modyfikacji własnej.
1. tętnica strzałkowa wielka, 2. tętnica piszczelowa, 3. guz piętowy, 4. kostka boczna, 5. kostka przyśrodkowa, 6. ścięgno mięśnia zginacza długiego palucha, 7. tętnica podeszwowa boczna i łuk podeszwowy
RYCINA 1.10.
Arteria peronea magna wg Seniora w modyfikacji własnej.
1. tętnica piszczelowa przednia, 2. tętnica grzbietowa stopy, 3. kostka boczna, 4. kostka przyśrodkowa, 5. tętnica przeszywająca stępu, 6. głowa kości skokowej, 7. powierzchnia stawowa sześcienna kości piętowej, 8. tętnica piszczelowa tylna, 9. mięsień piszczelowy przedni
RYCINA 1.11.
Arteria perforans tarsi wg Seniora w modyfikacji własnej.
RYCINA 1.12.
Rete pedis dorsale - tętnica piszczelowa przednia rozpada się w siatkę naczyniową bez wytworzenia tętnicy grzbietowej stopy.
PIŚMIENNICTWO
1. Bochenek A., Reicher M. Anatomia człowieka. PZWL, Warszawa 1997.
2. Ceynowa M., Rocławski M., Pankowski R., Mazurek T. The prevalence and ossification pattern of the biphalangeal and triphalangeal lateral toes. Surg Radiol Anat. 2018; 40 (9): 1039-1045.
3. Fritsch H., Brenner E., Debbage P. Ossification in the human calcaneus: a model for spatial bone development and ossification. J Anat. 2001; 199 (Pt 5): 609-616.
4. Kelikian A.S. (red.). Sarrafian's Anatomy of the Foot and Ankle: Descriptive, Topographic, Functional. Wolters Kluwer/Lippincott Wiliams & Wilkins, Philadelphia 2011.
5. Matthews J.G. The developmental anatomy of the foot. The Foot. 1998; 8: 17-25.
6. Senior H.D. An Interpretation of the Recorded Arterial Anomalies of the Human Leg and Foot. J Anat. 1919; 53 (Pt 2-3): 130-171.
7. Sullivan J.A. Pediatric flat foot: evaluation and management. J Am Acad Orthop Surg. 1999; 7: 44-53.
8. Bardeen C.R. Studies of the development of the human skeleton. Amer J Anat. 1905; 4: 265-302.
9. Bardeen C.R., Lewis W.H. The development of the limbs, body-wall and back in man. Amer J Anat. 1901; 1: 1-36.
2BADANIE STOPY DZIECIĘCEJ
2.1. UWARUNKOWANIA BADANIA KLINICZNEGO I BUDOWANIE RELACJI Z DZIECKIEM
Marek Napiontek, Dominik Ławniczak
TERMINY KLUCZOWE
Pediatric patient - pacjent dziecięcy
Nurse and parent partnership - partnerstwo między pielęgniarką a rodzicem
Preoperative anxiety - zdenerwowanie przedoperacyjne
Primary care environment - środowisko pierwotnej opieki
Compartment syndrome - zespół ciasnoty powięziowej
Jak zmniejszyć stres dziecka przed spotkaniem z lekarzem?
- Rozmowa rodziców z dzieckiem w domu na temat badania [1, 2].
- Stworzenie w poradni środowiska, które zaprasza do pobytu - pokój dostosowany do badania dzieci; spokojne kolory ścian, łagodne światło, kolorowe meble, które sugerują, że są w nich zabawki [3].
- Zadbanie o zbudowanie pozytywnych interakcji dziecka z pracownikami przychodni. Małe dzieci są spokojne w spokojnym wnętrzu i wśród spokojnych ludzi [1].
Dzieci obawiają się:
- separacji - oddzielenia od rodzica, który będzie czekał w osobnym pomieszczeniu; jest to obserwowane najczęściej u dzieci do 7. roku życia;
- bólu - np. że część badania będzie bolesna, a dzieci między 6.-12. rokiem życia obawiają się, że będą musiały dostać zastrzyk;
- lekarza i jego zachowania, które może być opatrznie zinterpretowane, np. konkretność i szybkość w badaniu jako jego mała dokładność, a profesjonalizm jako odrzucenie;
- tego co nieznane - dzieci obawiają się, że dorośli nie mówią im wszystkiego odnośnie do badania i choroby, np. dzieci z małym problemem boją się, że będą miały operację, a dzieci z poważnymi chorobami, że umrą [4].
PORADNIA ORTOPEDYCZNA
Badanie niepełnoletniego pacjenta musi się odbywać zawsze w obecności jego rodziców lub opiekunów prawnych.
W poradni ortopedycznej, w której wizyty są planowane, zwykle jest więcej czasu na zbudowanie zaufania.
Dziecko wymusza na lekarzu odmienne zachowanie, a na organizatorach ośrodka świadczącego usługi zdrowotne - odmienną architekturę wnętrz.
Poczekalnia i gabinet lekarski
Poradnia, w tym poczekalnia i gabinety, w której przyjmuje się dziecko, musi być większa i wyposażona w większą liczbę krzeseł dla osób towarzyszących. W poczekalni warto urządzić dla dzieci kąt z zabawkami. Jednak instalując zabawki na terenie przychodni, należy zachować umiar i neutralność estetyczną, albowiem przychodnia jest równie często przeznaczona dla osób dorosłych.
- Zabawki nie mogą być hałaśliwe.
- Muszą być bezpieczne dla dziecka (z atestem).
- Powinny zapewniać łatwą dezynfekcję (gładkie, twarde powierzchnie).
- Należy unikać zabawek, które mogą być rozrzucane po podłodze (hałas, możliwość przewrócenia się).
- Należy preferować zabawki zainstalowane na ścianie (stabilne systemy mechaniczne lub elektroniczne).
- W gabinetach, gdzie wykonuje się opatrunki lub zakłada opatrunki gipsowe, małym dzieciom można zawiesić na suficie, ponad kozetką, zabawkę przyciągającą uwagę.
Lekarz w gabinecie i jego relacje w stosunku do dziecka, rodziców i opiekunów
Lekarz musi zaprezentować się jako dowódca i gospodarz miejsca, w którym odbywa się badanie, diagnostyka i leczenie. Po wejściu rodziny i dziecka do gabinetu należy wskazać każdemu przynależne miejsce siedzące.
Lata praktyki w poradni, w której przyjmuje się dzieci, nie zawsze uświadamiają lekarzowi, że w stosunku do dziecka używa się specyficznego języka, najczęściej pełnego zdrobnień. Bystry obserwator zauważy, że ten sam lekarz po latach pracy również w stosunku do dorosłych używa tego samego języka, który może wydać się infantylny.
Noworodek
Jeśli pacjentem jest noworodek, a dodatkowo jest to pierwsze dziecko w rodzinie, to przeważnie wnosi je do gabinetu babcia. Matka jest często wycofana, zmęczona po porodzie, a ojciec transportuje bagaże. Lekarz powinien ustawić właściwe relacje, w grzeczny sposób prosząc, aby to matka i ojciec przejęli dziecko, położyli je na swoich kolanach lub na kozetce i rozebrali. Dziadkom lub innym członkom rodziny należy wskazać dalsze miejsca, aby pozostali jako obserwatorzy.
Małe dziecko
- Nie należy rozpoczynać pierwszego kontaktu z dzieckiem od rozbierania go. Najpierw należy posadzić małe dziecko na kolanach rodzica i rozpocząć rozmowę (wywiad), a dopiero potem przejść do badania klinicznego.
- Jeśli chcemy zbadać sposób chodzenia, a zwłaszcza ocenić stopy dziecka, a podłoga w gabinecie nie jest podgrzewana, to najlepiej pozwolić dziecku na chodzenie w skarpetkach, a dopiero potem je zdjąć. Jeśli tego się nie zrobi, dziecko będzie chodziło na palcach lub w inny nieprawidłowy sposób, co spowoduje stratę czasu na właściwe badanie.
- Odwrócenie uwagi podczas badania. Dzieci łatwiej pozwalają na badanie stóp, kiedy bawią się zabawką. Zachętą do chodzenia może być prośba o przyniesienie zabawki [1].
Dziecko upośledzone lub z zaburzeniami neurologicznymi
Dzieci z tego typu zaburzeniami są często traktowane przez lekarza przedmiotowo jako mniej dojrzałe (nieadekwatnie do wieku). Sprzyjają temu często zaburzenia mowy (komunikacji), pozycja siedząca związana z potrzebą używania wózka inwalidzkiego oraz niskorosłość lub karłowatość. W takich sytuacjach lekarz patrzy na pacjenta w sposób dosłowny z góry, przyjmując postawę paternalistyczną. Zdarza się, że do osoby dorosłej z tego powodu zwraca się na "ty" lub używa zdrobnień.
Niewłaściwe relacje lekarza w stosunku do rodziców i dziecka
Niedopuszczalne jest zwracanie się do matki i ojca dziecka w sposób bezosobowy lub poprzez używanie zdrobnień typu "mamuśka".
Należy zadbać, aby badanie odbywało się w warunkach zapewniających intymność i poszanowanie godności małego pacjenta. Podczas badania w gabinecie nie powinno być żadnych zewnętrznych, niepotrzebnych obserwatorów. Nie należy zdejmować bielizny osobistej pacjenta, jeśli to możliwe. Należy tak ustawić pacjenta podczas badania, aby miał poczucie, że okolice intymne nie podlegają niepotrzebnej obserwacji przez badającego lub przez członków rodziny (w przypadku dziewcząt - obecność ojca lub brata).
Ból
Samo badanie nie powinno sprawiać bólu. Jeśli potrzebna jest interwencja wymagająca naruszenia powłok ciała, powinna być wykonana w jakiejś formie znieczulenia miejscowego (np. krem Emla) lub ogólnego (w tym sedacji), ale to ostatnie, jeśli pozwalają na to warunki w przychodni.
Opatrunki plastrowe należy zdejmować powoli, bez gwałtownego szarpnięcia. Zaschnięte opatrunki należy polać, np. wodą utlenioną, która nie szczypie, a dopiero po ich nawilżeniu można je odlepić od skóry w komfortowy sposób.
IZBA PRZYJĘĆ
Dziecko, przychodząc z rodzicem/opiekunem na izbę przyjęć szpitalnego oddziału ratunkowego (SOR), ma świadomość, że potrzebuje pomocy z powodu urazu, jest zestresowane, pełne niepokoju i z tego powodu może nie chcieć współpracować.
Wstępna diagnostyka urazu jest zwykle wykonana zgodnie z lokalnymi procedurami. Natomiast odpowiednio wczesne podanie leków przeciwbólowych zmniejsza stres u dziecka związany z urazem i przebywaniem w szpitalu [5].
- Urazy/złamania zamknięte.
Współpraca z dzieckiem podczas badania na izbie przyjęć zależna jest od stopnia uszkodzenia tkanek. Dzieci chętniej i dokładniej opisują czucie oraz demonstrują ruch w stawach dystalnie od złamania. Współpraca dziecka podczas badania jest zależna od obrzęku i dolegliwości bólowych.
- Urazy/złamania otwarte.
Diagnostyka na izbie przyjęć (badanie zachowanego czucia i ruchomości dystalnej wobec urazu, obejrzenie rany, ocena uszkodzenia tkanek, ocena zanieczyszczenia tkanek, ocena, czy złamanie jest złamaniem otwartym, czy kość jest widoczna w ranie, czy kość jest pokryta tkankami miękkimi, czy kość jest pozbawiona tkanek miękkich), wstępne przemycie, założenie opatrunku tymczasowego - wszystkie te czynności są bolesne pomimo podawania leków przeciwbólowych.
Najlepiej, jeśli po badaniu i otrzymaniu ustnej zgody rodziców i dziecka czynności opisane powyżej są wykonywane szybko i sprawnie, bezpośrednio po podaniu leków przeciwbólowych (dożylnie - morfina/fentanyl lub donosowo - dimorfina). Dzieci zwykle nie współpracują w czasie wstępnego przemycia rany.
Dalsze leczenie urazu zwykle odbywa się na sali operacyjnej, gdzie podczas znieczulenia ogólnego rana zostaje przemyta, a złamanie odpowiednio unieruchomione.
- Uszkodzenie naczyń i nerwów.
Złamania lub urazy z uszkodzeniem naczyń i/lub nerwów są niezwykle rzadkie. Wstępna diagnostyka i opis urazu pozwalają zdobyć informacje odnośnie do uszkodzenia, pozostałe dane można uzyskać z pola operacyjnego. Leczenie uszkodzenia dużych naczyń jest wykonywane przez chirurga naczyniowego lub chirurga plastyka na sali operacyjnej.
Get It Right First Time Program w Wielkiej Brytanii sugeruje stworzenie lokalnych protokołów badania dzieci z urazami kończyn oraz z urazami mnogimi. Formularz, który wypełnia lekarz, ma pomóc w wykonaniu wszystkich elementów badania w czasie wstępnego leczenia na izbie przyjęć, zwłaszcza gdy pacjent wymaga skoordynowania wielu czynności jednocześnie. Rekomendacja jest także poparta analizą procesów prawnych przeciwko szpitalom [6].
Większość dzieci z poważnymi urazami (np. złamania otwarte) jest gotowa współpracować z lekarzem, który jest spokojny, który da im poczucie bezpieczeństwa i który może im pomóc.
BADANIE W PORADNI KILKA DNI PO URAZIE. JAK W 5 MINUT SPRAWIĆ, ABY DZIECKO ZAUFAŁO I POZWOLIŁO SIĘ ZBADAĆ?
Dziecko zjawia się w poradni już po wstępnym leczeniu urazu: pierwszej pomocy na izbie przyjęć lub leczeniu operacyjnym.
Pytanie o zgodę na badanie pozwala poczuć dziecku, że jest choć w części w stanie kontrolować to, co się dzieje. Poniższe stwierdzenia wynikają z doświadczenia jednego z autorów, Dominika Ławniczaka.
- Należy zapytać dziecko o możliwość zbadania kończyny.
- Należy zapytać o możliwość poruszania palcami, zbadać czucie dotyku, zlokalizować ból. Jeśli nie porusza palcami, należy ustalić, czy jest to konsekwencja obawy, że próba ruchu może być bolesna. Wydaje się to najczęstszą przyczyną braku spontanicznego ruchu w części dystalnej kończyny.
- Zespół ciasnoty przedziałów powięziowych występuje rzadko u dzieci [7-9].
- Odległość od dziecka - proponuję nie zbliżać się zbyt szybko, zachować około metra odległości (na wyciagnięcie ręki), tak aby można było dziecko spokojnie zbadać, ale nie przekraczać strefy osobistej.
- Badanie po leczeniu operacyjnym - zwykle jest łatwiejsze, dzieci po operacji są już zwykle spokojniejsze i chętniej współpracują podczas badania. Dobrze, jeśli badane są przez tę samą osobę, wówczas współpraca jest lepsza i łatwiejsza.
- Badanie po usunięciu unieruchomienia - najczęściej dzieci opisują, że kończyna jest "dziwna".
- Nawet jeśli dzieci obciążały stopę i staw skokowy w opatrunku gipsowym, po zdjęciu unieruchomienia trudno jest im zacząć obciążać kończynę.
- Małe dzieci mogą zacząć obciążać kończynę po usunięciu unieruchomienia w okresie od kilkunastu godzin do kilkunastu dni.
- Sztywność po unieruchomieniu może być odczuwana jako dolegliwości bólowe.
- Czasami rodzic narzuca się z odpowiedzią na pytania skierowane do dziecka. W takiej sytuacji próbuję zadać to samo pytanie dziecku, patrząc tak, aby dziecko czuło, że pytanie skierowane jest do niego.
- Można też delikatnie dopytać dziecko, czy jest tak, jak mówi rodzic/opiekun.
- Nie należy ignorować rodziców, próbując dowiedzieć się wszystkiego od dziecka - popełniłem kiedyś ten błąd, co skończyło się skargą rodziców.
- Rodzic może być bardzo cennym źródłem informacji, zwłaszcza kiedy pacjentem jest z natury milczący nastolatek.
PIŚMIENNICTWO
1. Perry J.N, Hooper V.D., Masiongale J. Reduction of preoperative anxiety in pediatric surgery patients using age-appropriate teaching interventions. J Perianesth Nurs. 2012; 27 (2): 69-81.
2. Plumridge E., Goodyear-Smith F., Ross J. Nurse and parent partnership during children's vaccinations: a conversation analysis. J Adv Nurs. 2009; 65 (6): 1187-1194.
3. Rice G., Ingram J., Mizan J. Enhancing a primary care environment: a case study of effects on patients and staff in a single general practice. Br J Gen Pract. 2008; 58 (552): 465-470.
4. KidsHealth. Preparing Your Child for Visits to the Doctor. Dostępne na: https://kidshealth.org/en/parents/dr-visits.html (dostęp 02.05.2021 r.).
5. Fein J.A., Zempsky W.T., Cravero J.P. i wsp. Relief of pain and anxiety in pediatric patients in emergency medical systems. Pediatrics. 2012, 130 (5): e1391-e1405.
6. GIRFT. New guide helps NHS trusts improve patient safety by learning from clinical negligence claims. Dostępne na: https://www.gettingitrightfirsttime.co.uk/new-guide-helps-nhs-trusts-improve-patient-safety-by-learning-from-clinical-negligence-claims/.
7. Hak D.J. Acute Compartment Syndrome in Children. W: Mauffrey C., Hak D.J., Martin III M.P. (red.). Compartment Syndrome: A Guide to Diagnosis and Management [Internet]. Springer Open, Cham (CH) 2019:125-132.
8. Malhotra K., Pai S., Radcliffe G. Do minimally displaced, closed tibial fractures in children need monitoring for compartment syndrome? Injury. 2015; 46 (2): 254-258.
9. Grottkau B.E., Epps H.R., Di Scala C. Compartment syndrome in children and adolescents. J Pediatr Surg. 2005; 40 (4): 678-682.
2.2. PEDOBAROGRAFIA
Michał Walczak
TERMINY KLUCZOWE
Pedobarography - pedobarografia
Plantar pressure distribution - rozmieszczenie sił nacisku podeszwy na podłoże
Pedobarografia jest stosunkowo młodą techniką badania czynnościowego stopy. Jej początki sięgają, co prawda, lat 70. XX wieku, jednak dopiero gwałtowny postęp w miniaturyzacji urządzeń elektronicznych oraz mocy obliczeniowej komputerów pozwolił na wprowadzenie tej techniki do codziennej pracy naukowej, klinicznej i ortotycznej.
W chwili obecnej na rynku dostępnych jest wiele urządzeń o różnej metodyce zbierania danych. To, co je łączy, to istota pedobarografii, czyli ocena rozkładu sił nacisku stopy na podłoże (ryc. 2.1 i 2.2).
Najogólniej urządzenia do pedobarografii podzielić można na stacjonarne i przenośne. Urządzenia stacjonarne skonstruowane są w postaci platform lub mat, przez które badana osoba musi przejść lub na nich stanąć. W przypadku urządzeń przenośnych mamy do czynienia z wkładkami, które włożone do butów mierzą rozkład sił nacisku na podłoże w trakcie chodu. Różnica między obu klasami urządzeń polega na łatwości użycia z jednej strony (wkładki), natomiast wyższej rozdzielczości, a co za tym idzie dokładności, z drugiej (platformy).
W codziennej pracy klinicznej z dzieckiem pedobarografia znajduje niewielkie zastosowanie. Pomimo dostarczania bardzo dużej ilości różnorodnych danych z zakresu morfologii stopy, rozkładu sił nacisku, sposobu przemieszczania się środka ciężkości nie wnosi to wiele do diagnostyki wad stóp u dzieci ani nie jest wygodnym narzędziem do monitorowania postępów leczenia.
Przeciwnie u dorosłych, gdzie pedobarografia jest niezwykle cennym narzędziem w ocenie ryzyka zaistnienia zmian w stopie cukrzycowej, neurogennej i angiopatiach.
Pedobarografia w ortopedii dziecięcej znajduje zastosowanie w laboratoriach chodu, gdzie stanowi cenny dodatek do rozbudowanej aparatury służącej ocenie kinetyki i kinematyki ruchu. Pozwala uchwycić to, co nieuchwytne dla kamer działających w podczerwieni i platform badania sił reakcji podłoża, mianowicie model stopy i sposób przemieszczania środka maksymalnego nacisku stopy na podłoże.
Pedobarografia jest również niezbędna w nowoczesnej ortotyce. Wytwarzanie wkładek do obuwia w oparciu o odlewy stopy zostało zastąpione przez urządzenia modelujące wkładki na podstawie badania sił nacisku stopy na podłoże. Pozwala to w najdokładniejszy z możliwych sposobów odwzorować miejsca, w których stopa wymaga szczególnej ochrony, i adekwatnie do tego wydrukować lub wyciąć wkładkę bądź wymodelować but.
Badanie sił nacisku stopy na podłoże znajduje również zastosowanie w pracy badawczej i naukowej, umożliwiając dokładną i łatwo dostępną ocenę wyników leczenia dużych grup pacjentów. O popularności tego narzędzia w pracy naukowej może świadczyć chociażby fakt, że w ciągu ostatnich 10 lat w czasopismach recenzowanych ukazało się ponad 500 prac poświęconych tematowi rozkładu sił nacisku stopy na podłoże [1, 2].
RYCINA 2.1.
Platforma do badań sił nacisku na podłoże PEL 38 firmy Midi Capteurs.
A
B
C
Przodostopie: MH I (medial heel) - głowa kości I śródstopia, MH II - głowa kości II śródstopia, MH III-V - głowy kości III-V śródstopia, T (toe) - paluch, T II - T V (toes) - palce, MMF (medial middlefoot) i LMF (lateral middlefoot) - śródstopie; MH i LH (lateral heel) - stęp.
RYCINA 2.2.
A. Ocena sił nacisku stopy na podłoże. Dziewięć obszarów anatomicznych wg Cavanagha i wsp. [3]; B. Dystrybucja sił nacisku stopy na podłoże - przykład wartości średnich w zdrowych stopach dziecięcych (platforma Pel 38 firmy Medi Capteurs z oprogramowaniem TWIN99); C. Przykład pedobarogramu stóp zdrowego dziecka w przestrzennej wizualizacji.
PIŚMIENNICTWO
1. Duckworth T. Pedobarography. W: Helal B., Wilson D. (red.). The Foot. Churchill Livingstone, Edinburgh, London, Melbourne, New York 1988: 8-130.
2. Quaney B., Meyer K., Cornwall M.W. i wsp. A comparison of the dynamic pedobarograph and EMED systems for measuring dynamic foot pressures. Foot Ankle Int. 1995; 16 (9): 562-566.
3. Cavanagh P.R., Rodgers M.M., Iiboshi A. Pressure distribution under symptom-free feet during barefoot standing. Foot Ankle. 1987; 7 (5): 262-276.
Komentarz redaktora naukowego
Pedobarografia, podobnie jak badanie w laboratorium chodu, ma ograniczania wiekowe, a mianowicie potrzebna jest współpraca z dzieckiem, a jest ona możliwa dopiero najwcześniej około 5.-6. roku życia.
Ta kłopotliwa współpraca z dzieckiem wymaga najczęściej wyprowadzania średniej wartości z kilku badań, zarówno statycznych, jak i dynamicznych. Szczegółowa metodyka badania podobarograficznego została opublikowana przez autora rozdziału i jest dostępna w Internecie [1, 2].
Piśmiennictwo
1. Walczak M. Charakterystyka sił nacisku stopy na podłoże u dzieci zdrowych oraz ze stopami płaskimi statycznymi. Rozprawa doktorska. Uniwersytet Medyczny, Poznań 2003.
2. Walczak M., Napiontek M. The variability of plantar pressure pattern distribution in healthy children and its relation to flexible flatfoot. J Orthop Trauma Surg Rel Res. 2007; 1 (5): 13-26.
2.3. BADANIE PODOSKOPOWE
Wojciech Burakowski
TERMINY KLUCZOWE
Podoscopy - podoskopia
Plantar support - nacisk na podeszwę
Arch height index - indeks wysokości sklepienia podłużnego
Foot posture index - indeks kształtu (nacisku) stopy
Staheli arch index - indeks sklepienia podłużnego Staheliego
Clark's angle - kąt Clarke'a
Mechanizm działania podoskopu opiera się na zapisie cyfrowym odbicia lustrzanego stopy poprzez rejestrację fotograficzną jej podświetlonego obszaru obciążenia. Urządzenie to umożliwia digitalizację wyniku badania, klasycznie zaznaczanego dotychczas na papierze za pomocą plantokonturgrafu tuszowego. Ponadto w podobnym celu stosuje się również inne, często bardziej zaawansowane technologicznie podoskanery, dzięki którym otrzymuje się dokładną komputerową projekcję obciążenia obszaru stopy za pomocą czytnika laserowego i/lub termicznego (ryc. 2.3 i 2.4).
Narzędzia te stosowane są głównie przez lekarzy ortopedów, specjalistów rehabilitacji, fizjoterapeutów, osteopatów, biomechaników oraz podologów. Analiza danych oraz wykorzystanie ich w procesie leczenia należy do profesjonalistów z dziedziny medycyny, jednak techniczna łatwość w przeprowadzeniu samego badania pozwala na wykorzystanie tych urządzeń nawet w warunkach domowych, dzięki czemu, w porozumieniu z terapeutą prowadzącym leczenie, badanie to może stanowić również formę profilaktyki.
Cel badania to:
- ocena budowy morfologicznej stóp,
- ocena wysklepienia stopy,
- diagnostyka obciążania poszczególnych obszarów stopy,
- analiza sposobu obciążania statycznego i dynamicznego stóp,
RYCINA 2.3.
Badanie podoskopowe.
A
B
C
D
RYCINA 2.4.
A. Badanie podczas stania na jednej kończynie; B. Badanie podczas stania na obu stopach; C. Badanie w przysiadzie; D. Badanie podczas stania na palcach.
- analiza koślawości palucha i szpotawości małego palca,
- wstępna diagnostyka przed leczeniem ortopedycznym i rehabilitacją,
- kontrola zmian w trakcie wzrostu, leczenia i rehabilitacji.
Niewielki, przenośny rozmiar oraz umiarkowany koszt podoskopów pozwalają na szerokie wykorzystanie tych urządzeń i skuteczne rozszerzenie diagnostyki obrazowej. Uzyskane w ten sposób dane łatwo analizować w formie cyfrowej oraz bezpiecznie przechowywać w postaci elektronicznej dokumentacji medycznej.
Badanie to nie decyduje o konieczności podejmowania konkretnych działań medycznych, ponieważ stanowi jedynie część zbieranych informacji o stanie zdrowia pacjenta. Zebrane dane są jednak pomocne przy próbie stawiania diagnozy na podstawie badania opartego o wywiad, analizę postawy całego ciała, badania obrazowe czy historię i przebieg choroby. Możliwość zapisu danych w formie cyfrowej ułatwia również obiektywną ocenę postępu zmian kształtu stopy w czasie rozwoju dziecka.
Badanie może być powtarzalne i w tym celu powinno być wykonywane w tych samych warunkach. Wykonuje się je w formie statycznej i/lub dynamicznej.
Badanie statyczne. Badanie statyczne pozwala określać podstawowe morfologiczne parametry stopy niezbędne do dokonania funkcjonalnej i antropometrycznej oceny pacjenta, tj. długość stopy, szerokość przodo- i tyłostopia, podparcie trójpunktowe czy wykreślenie kątów. Na tej podstawie możliwa jest ocena rozmieszczenia pól nacisków, wyliczenie wskaźników łuków sklepienia podłużnego i poprzecznego stopy oraz ustawienia palucha i palców (ryc. 2.5).
Chcąc wykluczyć występowanie płaskostopia poprzecznego, można w ten sposób wyliczyć m.in. wskaźnik Wejsfloga, czyli stosunek długości stopy do szerokości przodostopia, tak by wynik mieścił się jak najbliżej wartości 3. Natomiast oceny sklepienia podłużnego można dokonać, wyznaczając m.in. kąt Clarke'a. Kąt Clarke'a jest wyznaczony przez linię styczną do przyśrodkowego brzegu stopy i linię przechodzącą przez punkt jej największego wgłębienia oraz punkt na przyśrodkowym brzegu głowy kości I śródstopia. Wartość tego kąta dla stopy z prawidłowo ukształtowanym sklepieniem podłużnym powinna mieścić się w przedziale między 42° a 46°.
Zebrane w ten sposób dane umożliwiają diagnostykę struktur stopy pod kątem planowania procesu ich leczenia oraz wyliczania optymalnego rozmiaru i kształtu obuwia czy budowy i rodzaju wkładki ortopedycznej. Ponadto dzięki wyposażeniu w kamerę i dolne lustro podoskopy umożliwiają ocenę symetrii i ustawienia również stawów skokowych, kolanowych i miednicy. Daje to możliwość częściowej diagnostyki zaburzeń tych struktur względem sposobu obciążania stóp i odwrotnie.
Badanie dynamiczne. Badanie dynamiczne jest uzupełnieniem powyższego o dane zbierane w postaci rejestracji filmu o wysokiej rozdzielczości lub odtwarzalnej projekcji komputerowej podczas zadanej przez terapeutę konkretnej aktywności ruchowej stóp pacjenta. Może być przeprowadzane zarówno w miejscu, jak i w ruchu.
W ten sposób możliwa jest analiza zbieranych danych, na podstawie wykonania m.in. testu stania na jednej nodze, przysiadu, stania na palcach/piętach, biernego i dynamicznego unoszenia palców czy przenoszenia ciężaru ciała w dowolnym kierunku, jak i poprzez zadanie ruchowe, np. przechodzenia przez podoskop. Uzyskane informacje o maksymalnym nacisku punktowym, obciążeniu poszczególnych obszarów stopy oraz czasie kontaktu z podłożem umożliwiają dokładną analizę chodu podczas poszczególnych jego faz (ryc. 2.5).
RYCINA 2.5.
Przykładowe dane uzyskiwane z badania podoskopowego: ? - kąt koślawości palucha, ? - kąt szpotawości palca małego, CL - kąt Clarke'a, AB - długość stopy, CD - szerokość przodostopia (wskaźnik Wejsfloga, stosunek AB do CD), EF - szerokość pięty, GH - najmniejsza szerokość śródstopia.
Komentarz redaktora naukowego
Należy pamiętać, że badanie podoskopowe jest badaniem jednopłaszczyznowym, a zatem musi być uzupełnione o badanie całej kończyny dolnej, a w konsekwencji - całego ciała.
Zaletą tego badania do dzisiaj jest jego prostota, przydatność w doborze wkładek u cukrzyków, u osób z tzw. wrażliwą stopą i u biegaczy (dobór obuwia).
Przy okazji wyniki tych badań są odnoszone do wielu parametrów budowy całego ciała, takich jak np. właściwości tkanek w obrębie podeszwy, asymetrii obciążania kończyn dolnych, zwiększonej masy ciała, siły mięśniowej itp. [1-6].
Według najnowszych doniesień pomiary statyczne wysokości sklepienia podłużnego (arch height index), indeks kształtu stopy (foot posture index) oraz indeks wysklepienia stopy Staheliego (Staheli arch index) są najlepsze dla klasyfikacji typów stopy [7].
Piśmiennictwo
1. Zheng Y.P., Huang Y.P., Zhu Y.P. i wsp. Development of a foot scanner for assessing the mechanical properties of plantar soft tissues under different bodyweight loading in standing. Med Eng Phys. 2012; 34 (4): 506-511.
2. Drzał-Grabiec J., Truszczyńska A., Rykała J. i wsp. Effect of asymmetrical backpack load on spinal curvature in school children. Work. 2015; 51 (2): 383-388.
3. Scharnweber B., Adjami F., Schuster G. i wsp. Influence of dental occlusion on postural control and plantar pressure distribution. Cranio. 2017; 35 (6): 358-366.
4. Wojtków M., Szkoda-Poliszuk K., Szotek S. Influence of body posture on foot load distribution in young school-age children. Acta Bioeng Biomech. 2018; 20 (2): 101-107.
5. Paolucci T., Pezzi L., Mannocci A. i wsp. Flat foot and postural harmony in 6-year-old caucasians: what is their relationship? Ann Relabel Med. 2020; 44 (4): 320-326.
6. Unver B., Selici K., Akbas E. i wsp. Foot posture, muscle strength, range of motion, and plantar sensation in overweight and obese. J Appl Biomech. 2020; 37 (2): 87-94.
7. Carrasco A.C., Silva M.F., Guenka L.C. i wsp. Non-radiographic validity and reliability measures for assessing foot types: A systematic review. Foot Ankle Surg. 2021; S1268-7731(20)30255-1; doi: 10.1016/j.fas.2020.11.011.
2.4. BADANIE W LABORATORIUM CHODU
Marek Jóźwiak, Faustyna Manikowska, Sabina Brazevič
TERMINY KLUCZOWE
Gait analysis - analiza chodu
Gait cycle - cykl chodu
Foot rocker - rocker stopy
Foot kinematics - kinematyka stopy
Foot kinetics - kinetyka stopy
Ankle electromyography (EMG) - elektromiografia stawu skokowego
Multisegment foot model (MFM) - wielosegmentowy model stopy
ANALIZA CHODU
Prawidłowy chód człowieka wydaje się zjawiskiem fizjologicznym, prostym do obserwacji i niewymagającym istotnego wysiłku u zdrowego człowieka. Jest to jednak wrażenie bardzo ogólne i mylące. Nabiera to szczególnego znaczenia w sytuacjach chodu patologicznego, wymagającego analizy przyczyn oraz podejmowania decyzji leczniczych, w tym operacyjnych. Wówczas zrozumienie chodu staje się nieodzowne i wymaga solidnych podstaw biomechanicznych. Tak więc zrozumienie chodu fizjologicznego, prawidłowego, jest konieczne dla prowadzenia dalszych analiz obserwowanych odchyleń od normy, powodowanych również izolowanymi deformacjami stopy.
Dostępność do klasycznego badania laboratoryjnego chodu jest zazwyczaj ograniczona do wysokospecjalistycznych ośrodków klinicznych - w Polsce istnieją trzy kliniczne laboratoria chodu (nie licząc wykorzystywanych naukowo i sportowo). Jednak możliwość wykonania rejestracji chodu i jego analizy w oparciu o interpretację obrazu dwupłaszczyznowego istnieje praktycznie w każdych warunkach - ambulatoryjnych i szpitalnych, za pomocą kamery wbudowanej w aparat telefoniczny. Jako lekarze wykorzystujący technikę laboratoryjną chodu dla celów klinicznych autorzy niniejszego rozdziału gorąco popierają takie formy rejestracji i analizy kinematycznej ruchów stopy i stawu skokowo-goleniowego dla zrozumienia patologii, ułatwienia podjęcia decyzji operacyjnej lub innej leczniczej, np. wyboru zaopatrzenia ortopedycznego. Taka analiza przed leczeniem i po nim ma niebywałą wartość kliniczną dla zobiektywizowania jego wyników. Aby tego dokonać, należy jednak zrozumieć holistycznie biomechaniczne pryncypia chodu prawidłowego we wszystkich płaszczyznach wraz z interpretacją aktywności mięśniowej i działających sił.
Badanie laboratoryjne chodu polega na obiektywnej rejestracji i ilościowej ocenie ruchu człowieka [1, 2].Celem takiego badania jest:
- zrozumienie właściwości biomechanicznych chodu (może dotyczyć zarówno chodu prawidłowego, jak i patologicznego),
- analiza wzajemnych relacji poszczególnych segmentów kończyn dolnych podczas chodu (podudzie względem uda, udo względem miednicy) oraz
- obiektywna ocena efektów leczenia [3].
Badanie chodu (gait analysis) oparte jest na technice przechwytywania ruchu (motion capture, mocap), rejestrowanego w trzech płaszczyznach. Osoba badana ma umieszczone na ciele znaczniki (markery) rejestrowane przez system kamer (najczęściej 6-12 kamer) (ryc. 2.6) [4]. Oprócz tego ośrodek prowadzący takie badanie zazwyczaj wyposażony jest w platformy dynamometryczne (do pomiaru sił reakcji podłoża), system elektromiografii powierzchniowej (surface electromyography, SEMG) oraz kamery video. Przy zastosowaniu odpowiednich modeli biomechanicznych i oprogramowania możliwe jest nie tylko odtworzenie zarejestrowanego ruchu (trajektorii markerów), ale także obliczenie szeregu parametrów kinematycznych (zmian kątowych w stawach), kinetycznych (sił reakcji podłoża), czasowo-przestrzennych (np. prędkość, miarowość chodu) i informacji o aktywności mięśniowej. Szczegóły otrzymywanych danych zostaną opisane w dalszej części rozdziału.
RYCINA 2.6.
A. Pracownia Biomechaniki Ruchu Uniwersytetu Medycznego im. K. Marcinkowskiego w Poznaniu; B. Umiejscowienie elektrod i markerów (konwencjonalny model biomechaniczny) podczas badania laboratoryjnego chodu.
BIOMECHANIKA STOPY I STAWU SKOKOWO-GOLENIOWEGO PODCZAS CHODU
Podstawowym zadaniem chodu jest przemieszczenie ciała z pozycji, w której się znajduje, do nowej - zamierzonej. Dzieje się tak dzięki całej serii zdarzeń umożliwiających segmentom ciała ciągły, stały ruch do przodu. Jednym z podstawowych wyznaczników progresji (oprócz zapoczątkowania pierwszego kroku, opadania ciała do przodu, generowania sił napędowych) są tzw. rockery stopy, czyli elementy fazy podparcia, interpretowane w tłumaczeniu na język polski jako: kołyska, ugięta łukowato płoza powodująca przekolebanie, czyli obciążanie określonego elementu stopy w czasie. Należy jednak przyjąć, iż termin "rocker stopy" jest pojęciem nieprzetłumaczalnym, wobec czego w dalszej części rozdziału autorzy będą stosowali nazwę oryginalną, anglojęzyczną. Podczas chodu ruch do przodu nad ustabilizowaną w fazie podporu stopą jest uzależniony od mobilności stopy podporowej. Okres podporu cyklu chodu oparty jest na trzystopniowym wzorcu obciążania stopy. Chód prawidłowy rozpoczyna się od:
1) kontaktu pięty z podłożem (6-12% cyklu chodu),
2) następnie obciążenia całej stopy - pięta i przodostopie (trwa około 20% cyklu chodu), podczas którego kontakt przodostopia u większości badanych rozpoczyna się od głowy V kości śródstopia, przechodząc do głowy I - czyli od strony bocznej do przyśrodkowej stopy,
3) a kończy na przodostopiu - faza ta rozpoczyna się w momencie uniesienia pięty z podłoża (około 31% cyklu chodu), a kończy wraz z rozpoczęciem fazy wymachu.
Zależnie od obserwowanych zaburzeń tego schematu możemy obserwować chód piętowy, chód na palcach lub na płaskiej stopie.
Stopa zapewnia system obrotowy, w którym pięta, staw skokowo-goleniowy, przodostopie i palce stają się osiami obrotu pozwalającymi na płynne przemieszczanie się ciała do przodu. Wytłumaczenie tego zjawiska wymaga wprowadzenia i bardziej szczegółowego omówienia terminu "rocker stopy".
1. Rocker piętowy (heel rocker) - rozpoczyna się wraz z pierwszym kontaktem pięty z podłożem, na początku cyklu chodu, i trwa do końca fazy odpowiedzi na obciążanie (12% cyklu chodu). Pięta wykorzystana jest jako punkt podparcia, wokół którego odbywa się ruch. Stopa obraca się ku dołowi, osiągając niewielkie zgięcie podeszwowe. Mięśnie zginające grzbietowo stopę w stawie skokowo-goleniowym zapobiegają opadaniu stopy, jednocześnie pociągając podudzie do przodu, utrzymując rocker piętowy aż do końca fazy odpowiedzi na obciążanie.
2. Rocker stawu skokowo-goleniowego (ankle rocker) - w momencie kontaktu całej stopy z podłożem punktem obrotu, który umożliwia progresję ciała do przodu, staje się staw skokowo-goleniowy. Przy ustabilizowanej stopie podudzie przemieszcza się do przodu, powodując narastające zgięcie grzbietowe jako odpowiedź na działanie pędu. Nadmierna progresja podudzia do przodu jest hamowana przez aktywność mięśnia płaszczkowatego. Kończy się w momencie, gdy punkt nacisku (center of pressure, COP) lokalizuje się przy głowach kości śródstopia.
3. Rocker przodostopia (forefoot rocker) - rozpoczyna się wraz z unoszeniem pięty z podłoża, gdy za punkt podparcia służą zaokrąglone kontury śródstopia. Ruch ciała do przodu przyspiesza wraz z przemieszczaniem się COP poza płaszczyznę podparcia stopy. Znacząca aktywność mięśnia trójgłowego łydki chroni ciało przed upadkiem, stabilizując staw skokowy.
4. Rocker palców (toe rocker) - punktem podparcia staje się przednia krawędź przodostopia oraz paluch i trwa aż do końca fazy podporu. Elastyczne właściwości mięśni zginaczy podeszwowych podczas dynamicznego wybicia pozwalają na pchnięcie podudzia do przodu.
Każda funkcja lokomocyjna wymaga ciągłego przystosowywania się do zmiennych warunków podłoża, w jakim się poruszamy. Takim dynamicznym łącznikiem między otoczeniem a ciałem ludzkim jest kompleks stopa - staw skokowo-goleniowy. Od jego możliwości biomechanicznych zależy jakość poruszania się człowieka.
Połączenie między podudziem a stopą stanowi staw skokowo-goleniowy, w którym możliwy jest ruch zgięcia grzbietowego i zgięcia podeszwowego (wyprostu) stopy. Jednak ruchy między podudziem a stopą są bardziej złożone i obejmują w zasadzie dwa stawy, w których budowie uczestniczy kość skokowa: staw skokowo-goleniowy (tibiotalar joint, ankle joint) i staw podskokowy (subtalar joint) [1, 2, 5-9].
Biomechanika stopy podczas chodu
W obrębie stopy mamy trzy stawy, których zakres ruchu jest istotny dla funkcji chodu: staw podskokowy, staw Choparta (staw poprzeczny stępu, midtarsal joint) i staw śródstopno-paliczkowy (metatarsophalangeal joint). Pozostałe stawy stopy charakteryzują się nieistotnym zakresem ruchu dla funkcji chodu.
Staw podskokowy
Staw podskokowy łączy kość skokową z kością piętową i jest umiejscowiony w pionowej kolumnie między piętą a kością piszczelową. Zakres ruchu w płaszczyźnie czołowej i poprzecznej jest uzupełnieniem ruchu w płaszczyźnie strzałkowej obserwowanym w stawie skokowo-goleniowym. Ma pojedynczą, skośnie ustawioną oś, która umożliwia stopie inwersję i ewersję. Zakres ruchu w tym stawie wynosi około 40° w płaszczyźnie strzałkowej i 23° w płaszczyźnie poprzecznej oraz charakteryzuje się dużą zmiennością osobniczą. Ruch w stawie występuje podczas całego cyklu chodu, ale dla osiowania kończyny przy przenoszeniu ciężaru ciała jest szczególnie istotny w fazie podporu.
Cykl chodu rozpoczyna się z pośrednio ustawionym stawem. Następnie, w fazie przejmowania ciężaru ciała (inaczej odpowiedź na obciążanie, loading response, LR), na skutek bocznego przesunięcia w stosunku do osi obciążania podudzia, kość piętowa zostaje w ewersji o 5°. W fazie środkowej (mid stance, MS) i przez większość fazy końcowej podporu (terminal stance, TS) to ustawienie pozostaje niezmienne. Pod koniec fazy TS następuje stopniowe zmniejszanie ewersji do około 2° pod koniec okresu pojedynczego podporu. W fazie przedwymachowej (pre-swing, PSw) staw ten osiąga ustawienie pośrednie i utrzymuje je przez cały okres wymachu.
Staw Choparta
Staw Choparta składa się ze stawu piętowo-sześciennego i skokowo-łódkowego. Ruch w stawie odgrywa rolę podczas absorpcji uderzenia przy kontakcie przodostopia z podłożem. Obniżenie łuku środkowego, poprzedzające kontakt przodostopia z podłożem, obserwowany jest na początku fazy MS i okresu pojedynczego podporu (5° w kierunku zgięcia grzbietowego). Odtworzenie łuku następuje wraz z uniesieniem pięty z podłoża.
Stawy śródstopno-paliczkowe
Stawy śródstopno-paliczkowe umożliwiają stopie rotację na głowach kości śródstopia. Głowy kości śródstopia zapewniają szerokie podparcie przodostopia, a paliczki bliższe dodatkowo ułatwiają stabilizację.
Podczas pierwszego kontaktu z podłożem (initial contact, IC) staw ten ustawiony jest w zgięciu grzbietowym z palcami skierowanymi ku górze pod kątem 25°. W momencie kontaktu przodostopia z podłożem, pod koniec fazy odpowiedzi na obciążanie (LR), palce ustawione są neutralnie względem stopy i utrzymują takie ustawienie do końca MS. Wraz z uniesieniem pięty staw zgina się grzbietowo pod kątem 21°, palce pozostają na podłożu, a kości śródstopia na skutek podnoszenia tyłostopia również się unoszą. Taki ruch trwa aż do końca fazy PSw, w której kąt zgięcia osiąga 55°, tuż przed oderwaniem palców od podłoża. Uniesienie stopy pozwala palcom opaść. Niewielkie zgięcie grzbietowe utrzymuje się w fazie środkowego przeniesienia (mid swing, MSw), a w dalszej części fazy wymachu zgięcie grzbietowe - unoszenie palców w stawie śródstopno-paliczkowym rośnie w celu przygotowania do IC.
Biomechanika stawu skokowo-goleniowego podczas chodu
Podczas całego cyklu chodu obserwujemy naprzemiennie występujące zgięcie podeszwowe i grzbietowe w stawie skokowo-goleniowym. Cykl chodu rozpoczyna się wraz z pierwszym kontaktem pięty z podłożem, podczas którego stopa ustawiona jest w pozycji pośredniej, zapoczątkowując ruch w kierunku zgięcia podeszwowego. Jest on odpowiedzią na nagły kontakt z podłożem w fazie IC. Ponieważ pięta jest punktem podporu, siły reakcji podłoża rzutują się za stawem skokowym. Wraz z gwałtownym przemieszczaniem ciała do przodu rozpoczyna się pierwszy ruch zgięcia podeszwowego stopy, który jest odpowiedzialny za absorpcję uderzenia i gwałtownie wyhamowuje ruch podudzia, jednocześnie nie wywołując opadania stopy na podłoże. Zgięcie podeszwowe narasta aż do 5° osiąganych w połowie fazy LR, kiedy gwałtownie zmienia się kierunek ruchu w stronę zgięcia grzbietowego. Zgięcie grzbietowe narasta do około 5° w fazie MS, kiedy ruch do przodu odbywa się przy ustabilizowanej na podłożu stopie. Ruch ten jest kontynuowany w fazie TS (unoszenie pięty z podłoża wpływa w większym stopniu na ruch podudzia do przodu niż zgięcie grzbietowe), gdy w około 45% cyklu chodu osiąga swoją maksymalną wartość 10°. Na skutek rozpoczęcia fazy podwójnego podporu, a tym samym przenoszenia ciężaru ciała na kończynę przeciwną, odciążeniu ulega kończyna referencyjna, pozwalając tym samym na rozpoczęcie ruchu w kierunku zgięcia podeszwowego. W fazie PSw staw skokowo-goleniowy zmienia swoje ustawienie z 10-stopniowego zgięcia grzbietowego do 15-stopniowego zgięcia podeszwowego - ruch ten odbywa się, gdy punktem podparcia stopy jest paluch. Wraz z początkiem fazy wymachu obserwujemy szybkie narastanie ruchu w kierunku zgięcia grzbietowego, co jest konieczne dla bezkonfliktowego przenoszenia kończyny. Pozycja pośrednia, a nawet 2-stopniowe zgięcie grzbietowe, obserwowane są w fazie środkowej wymachu. W fazie końcowej wymachu stopa ustawiona jest w pozycji pośredniej z niewielkim zgięciem podeszwowym (2°) pod koniec tej fazy, co służy przygotowaniu stopy do obciążania i rozpoczęcia kolejnego cyklu chodu. Należy zwrócić szczególną uwagę na zmiany charakteru pracy mięśni przy stopie ustabilizowanej na podłożu i przy stopie wolnej od obciążenia. W pierwszym przypadku mięśnie zginacze podeszwowe działają bardziej jako stabilizatory pozycji goleni wobec spoczywającej na podłożu stopy. Ich działanie w tzw. łańcuchu zamkniętym jest odmienne od klasycznie przedstawianego w podręcznikach anatomii.
Mięśnie kontrolujące ruchy stawu skokowo-goleniowego podczas chodu ograniczają się do zginaczy grzbietowych i podeszwowych. Zginacze grzbietowe aktywne są na początku fazy podporu w celu zabezpieczenia przed nadmiernym zgięciem podeszwowym oraz w fazie wymachowej, zabezpieczając pozycje stopy. Zginacze podeszwowe są aktywne tylko w fazie podporu.
Podstawowymi zginaczami grzbietowymi są: mięsień piszczelowy przedni, prostownik długi palucha, prostownik długi palców, strzałkowy trzeci. Aktywność tych mięśni rozpoczyna się w fazie PSw i trwa nieprzerwanie do końca fazy odpowiedzi na obciążanie z mocą nieprzekraczającą 35% maksymalnej siły mięśniowej. W fazie pierwszego kontaktu z podłożem oraz pierwszej części odpowiedzi na obciążanie jest to skurcz ekscentryczny zapobiegający opadaniu stopy na podłoże. Następnie skurcz koncentryczny jest odpowiedzialny za pociąganie podudzia do przodu. W fazie początkowej wymachu mięśnie zginające grzbietowo wykonują skurcz koncentryczny (czynnie wspomaga zgięcie grzbietowe), gdy przez pozostałe fazy wymachu mięśnie wykonują skurcz izometryczny w celu utrzymania stopy w pozycji pośredniej.
Z siedmiu mięśni (brzuchaty łydki, płaszczkowaty, piszczelowy tylny, zginacz długi palucha, zginacz długi palców, strzałkowy długi, strzałkowy krótki) biorących aktywny udział w zginaniu podeszwowym stawu skokowo-goleniowego podczas chodu mięsień trójgłowy łydki generuje ponad 90% zgięcia podeszwowego. Aktywność rozpoczyna się pod koniec fazy LR z niewielką siłą, natomiast w fazie końcowej podporu obserwujemy prawie 90% maksymalnej siły mięśniowej. W fazie środkowej podporu skurcz ekscentryczny zarówno mięśnia brzuchatego łydki, jak i płaszczkowatego jest odpowiedzialny za ustabilizowanie stawu przy zachowaniu ruchu do przodu - poprzez ograniczenie zgięcia grzbietowego narastającego podczas drugiego rockera. Równocześnie mięsień płaszczkowaty, przyczepiający się do tylnej powierzchni kości piszczelowej i strzałkowej, działa prostująco na staw kolanowy. Tworzy to mechanizm zabezpieczający kolano przed nadmiernym zgięciem w tej fazie chodu. Wraz z rozpoczęciem się rockera trzeciego, w fazie końcowej podporu, mięśnie te wspomagają unoszenie pięty z podłoża. Przy ustabilizowanych na podłożu palcach rozpoczyna się czwarty rocker, w którym opisane wyżej mięśnie umożliwiają przemieszczenie podudzia do przodu poprzez aktywne zginanie podeszwowe. W fazie PSw, pomimo że mięsień brzuchaty bardzo szybko przestaje być aktywny, w stawie skokowo-goleniowym narasta zgięcie podeszwowe. Dzieje się tak na skutek rozluźnienia napiętego wcześ-niej mięśnia trójgłowego łydki, którego elastyczny odrzut napiętego wcześniej ścięgna Achillesa pozwala na przygotowanie kończyny do wymachu. Jest to moment, w którym COP rzutuje się na przodostopiu, więc staw skokowy nie ma przeszkód, aby zginał się podeszwowo. Rozpoczęcie aktywności mięśni zginaczy grzbietowych limituje zgięcie podeszwowe stawu skokowo-goleniowego oraz umożliwia uniesie stopy z podłoża w celu rozpoczęcia fazy wymachu.
SIŁY REAKCJI PODŁOŻA/PUNKT NACISKU STOPY NA PODŁOŻE
W fazie podporu COP przemieszcza się wzdłuż stopy od pięty do paliczków palców. W fazie IC COP jest umiejscowiony w pięcie (ryc. 2.7. A - IC), co powoduje działanie siły reakcji podłoża (ground reaction force, GRF) za stawem skokowo-goleniowym i konieczność generowania momentu zginającego grzbietowo (aktywność zginaczy grzbietowych), aby zapobiegać opadaniu stopy. Z uwagi na szybkie przejmowanie obciążenia przez kończynę referencyjną COP przesuwa się do przodu, tak że pod koniec fazy odpowiedzi na obciążanie znajduje się on na wysokości stawu skokowo-goleniowego, a moment zginający grzbietowo wynosi 0 (ryc. 2.7. A - LR). Tym samym koncentryczna aktywność zginaczy podeszwowych polega na pociąganiu podudzia do przodu. Rozpoczęcie pojedynczego podporu wiąże się z przemieszczeniem COP znacznie do przodu od stawu skokowo-goleniowego (ryc. 2.7. A - MS), co wymaga generowania znacznego momentu siły zginającego podeszwowo, utrzymującego się do fazy TS (ryc. 2.7. A - TS), tuż przed kontaktem stopy przeciwnej z podłożem, kiedy moment zginający podeszwowo osiąga swój szczyt (ryc. 2.7. B), limitując zgięcie grzbietowe stawu skokowego do 10°. W fazie PSw gwałtowne odciążanie kończyny referencyjnej powoduje ograniczenie napięcia w mięśniu brzuchatym i płaszczkowatym - do tej pory mocno rozciąganymi przez progresję fazy końcowej podporu, powodując elastyczny odrzut rozciągniętego ścięgna Achillesa, wspomagając zgięcie podeszwowe stawu skokowo-goleniowego. Stopniowo następuje ograniczenie momentu zginającego podeszwowo aż do zakończenia fazy podporu. Wraz z rozpoczęciem fazy wymachu generowany jest niewielki moment zginający grzbietowo, aby umożliwić uniesienie stopy konieczne do bezkonfliktowego wymachu (ryc. 2.7).
MODELE BIOMECHANICZNE STOPY W BADANIU LABORATORYJNYM CHODU
Konwencjonalny model biomechaniczny (conventional gait model, CGM) jest standardowym modelem stosowanym w diagnostyce chodu. Jednak model ten wraz z rozwojem technologii okazał się mieć szereg ograniczeń, dlatego naukowcy i inżynierowie wprowadzili modyfikacje i alternatywne rozwiązania słabych stron modelu [10]. Pomimo błędu wynikającego z ruchu skóry podczas chodu (w szczególności w trakcie oderwania palców od podłoża) [11] jednym z głównych ograniczeń konwencjonalnego modelu biomechanicznego w kontekście stopy jest zbyt uproszczone jej modelowanie: na stopę są mocowane tylko dwa, trzy markery (na palcach i kostce bocznej, czasami dodatkowo na pięcie; ryc. 2.6. B). Takie ułożenie znaczników pozwala wyznaczyć ruch w stawie skokowo-goleniowym jedynie w dwóch płaszczyznach: strzałkowej (zgięcie grzbietowe/podeszwowe) i poprzecznej, opisującej ustawienie stopy względem linii kierunku chodu (kąt progresji stopy, foot progression angle, FPA), gdyż cała stopa analizowana jest jako bryła sztywna. Jednak budowa stopy, a w szczególności jej biomechanika, jest bardziej złożona, dlatego traktowanie jej w analizie chodu jako pojedynczy segment przestało być akceptowalne.
Obecne systemy kamer umożliwiają rejestrację obrazu z wysoką rozdzielczością, dlatego możliwe jest wykrywanie wielu markerów na tak małej powierzchni, jaką jest stopa. Model oksfordzki (Oxford foot model, OFM) jest obecnie najczęściej stosowanym modelem wielosegmentowym stopy (multisegment foot model, MFM) w praktyce klinicznej. Wyróżnia trzy segmenty stopy: przodostopie, tyłostopie i paluch, a tym samym znacznie różni się od CGM (ryc. 2.8) [12, 13].
RYCINA 2.7.
A. Progresja wektora siły reakcji podłoża w okresie podporu w chodzie prawidłowym; B. Wykres kinetyczny dla stawu skokowo-goleniowego [oś X opisuje cykl chodu w procentach, a oś Y wartość momentu siły zginacza podeszwowego stopy na jednostkę masy (Nm/kg mc.]; C. Wykres kinematyczny dla stawu skokowo-goleniowego w płaszczyźnie strzałkowej (oś X opisuje odsetek cyklu chodu, a oś Y kąt w stopniach); D. Nieprzetworzony sygnał SEMG dla mięśnia piszczelowego przedniego; E. Nieprzetworzony sygnał SEMG dla mięśnia brzuchatego łydki (prostokąty oznaczone kolorem niebieskim oznaczają fazową aktywność mięśnia dla chodu normalnego).
RYCINA 2.8.
A i B. Umiejscowienie markerów na stopie w OFM.
Inne modele opisane w literaturze naukowej oparte są najczęściej na podziale czterosegmentowym: tyłostopie, śródstopie, przodostopie i paluch [14-16]. Analiza stopy w odniesieniu do modelu wielosegmentowego pozwala określić kinematykę ruchu w stawach między poszczególnymi segmentami, np.:
- tyłostopie ? podudzie,
- przodostopie ? tyłostopie,
- paluch ? przodostopie,
- a także w przypadku niektórych patologii stopy analizę w stawie poprzecznym stępu (Choparta) i stępowo-śródstopnym (Lisfranca) [17].
W ten sposób można się dowiedzieć nie tylko o zakresie ruchu w stawie skokowo-goleniowym w płaszczyźnie strzałkowej (zgięcie grzbietowe/podeszwowe), ale także o ruchu w innych płaszczyznach: czołowej - inwersja/ewersja oraz poprzecznej - rotacja wewnętrzna/zewnętrzna albo przywodzenie/odwodzenie. Podział stopy na kilka części ma kluczowe znaczenie nie tylko w zróżnicowaniu ruchu poszczególnych jej elementów i porównaniu z prawidłową charakterystyką ruchu, ale także w zrozumieniu, w jaki sposób działają mechanizmy kompensacyjne po urazie lub leczeniu operacyjnym.
Wiele prac jest poświęconych porównaniu modeli wielosegmentowych stopy między sobą [18-23]. Istnieją modele zakładające użycie nawet 43 znaczników [24], jednak przy tak dużej liczbie markerów czasami zamiast przyklejania ich do skóry można użyć aktywnych markerów LED (light-emitting diode) emitujących światło z zakresu IR (infrared). Ponadto były prowadzone także badania nad modelami do analizy chodu w obuwiu [25-28] lub ortezach w celu sprawdzenia efektów pełnionej funkcji [29, 30]. Warto jednak pamiętać o szukaniu kompromisu między celem badania a możliwościami technicznymi, gdyż zarówno model, jak i liczba analizowanych segmentów stopy zależą nie tylko od zainteresowania klinicznego, ale także od liczby kamer i jakości rejestrowanych danych [16]. Dlatego zanim się użyje lub stworzy nowy zaawansowany wielosegmentowy model stopy, warto odpowiedzieć na kilka pytań: jaka liczba segmentów jest potrzebna do analizy, jaką metodę obliczeniową zastosować, a także zastanowić się nad widocznością markerów i ich umiejscowieniem.
PIŚMIENNICTWO
1. Perry J., Burnfield J.M., Cabico L.M. Gait analysis: normal and pathological function. 2nd ed. SLACK Incorporated, Thorofare, NJ 2010.
2. Syczewska M. Podstawy analizy chodu w zastosowaniach klinicznych. Wydawnictwo Instytut "Pomnik-Centrum Zdrowia Dziecka", Warszawa 2019.
3. Mayich D.J., Novak A., Vena D. i wsp. Gait analysis in orthopedic foot and ankle surgery - topical review, part 1: principles and uses of gait analysis. Foot Ankle Int. 2014; 35 (1): 80-90.
4. Whittle M.W. Chapter 4 - Methods of gait analysis. W: Whittle M.W. (red.). An Introduction to Gait Analysis (4th Edition). Butterworth-Heinemann, Edinburgh 2007: 137-175.
5. Gage J.R., DeLuca P.A., Renshaw T.S. Gait Analysis: Principles and Applications. J Bone Joint Surg Am. 1995; 77 (10): 1607-1623.
6. Hillstrom H.J., Song J., Kraszewski A.P. i wsp. Foot type biomechanics part 1: structure and function of the asymptomatic foot. Gait Posture. 2013; 37 (3): 445-451.
7. Perry J. Anatomy and biomechanics of the hindfoot. Clin Orthop Relat Res. 1983 (177): 9-15.
8. Rodgers M.M. Dynamic foot biomechanics. J Orthop Sports Phys Ther. 1995; 21 (6): 306-316.
9. Sutherland D.H., Cooper L., Daniel D. The role of the ankle plantar flexors in normal walking. J Bone Joint Surg Am. 1980; 62 (3): 354-363.
10. Baker R., Leboeuf F., Reay J. i wsp. The Conventional Gait Model - Success and Limitations. W: Müller B., Wolf S.I. (red.). Handbook of Human Motion. Springer International Publishing, Cham, Switzerland 2018: 489-508.
11. Shultz R., Kedgley A.E., Jenkyn T.R. Quantifying skin motion artifact error of the hindfoot and forefoot marker clusters with the optical tracking of a multi-segment foot model using single-plane fluoroscopy. Gait Posture. 2011; 34 (1): 44-48.
12. Stebbins J., Harrington M., Thompson N. i wsp. Repeatability of a model for measuring multi-segment foot kinematics in children. Gait Posture. 2006; 23 (4): 401-410.
13. Carson M.C., Harrington M.E., Thompson N. i wsp. Kinematic analysis of a multi-segment foot model for research and clinical applications: a repeatability analysis. J Biomech. 2001; 34 (10): 1299-1307.
14. Leardini A., O'Connor J.J., Catani F. i wsp. Kinematics of the human ankle complex in passive flexion; a single degree of freedom system. J Biomech. 1999; 32 (2): 111-118.
15. Jenkyn T.R., Nicol A.C. A multi-segment kinematic model of the foot with a novel definition of forefoot motion for use in clinical gait analysis during walking. J Biomech. 2007; 40 (14): 3271-3278.
16. Leardini A., Benedetti M.G., Berti L. i wsp. Rear-foot, mid-foot and fore-foot motion during the stance phase of gait. Gait Posture. 2007; 25 (3): 453-462.
17. Caravaggi P., Sforza Ch., Leardini A. i wsp. Effect of plano-valgus foot posture on midfoot kinematics during barefoot walking in an adolescent population. J Foot Ankle Res. 2018; 11: 55.
18. Mahaffey R., Morrison S.C., Drechsler W.I. i wsp. Evaluation of multi-segmental kinematic modelling in the paediatric foot using three concurrent foot models. J Foot Ankle Res. 2013; 6 (1): 43.
19. Schallig W., van den Noort J.C., McCahill J. i wsp. Comparing the kinematic output of the Oxford and Rizzoli Foot Models during normal gait and voluntary pathological gait in healthy adults. Gait Posture. 2020; 82: 126-132.
20. Deschamps K., Staes F., Roosen P. i wsp. Body of evidence supporting the clinical use of 3D multisegment foot models: a systematic review. Gait Posture. 2011; 33 (3): 338-349.
21. Novak A.C., Mayich D.J., Perry S.D. i wsp. Gait analysis for foot and ankle surgeons - topical review, part 2: approaches to multisegment modeling of the foot. Foot Ankle Int. 2014; 35 (2): 178-191.
22. Rankine L., Long J., Canseco K. i wsp. Multisegmental foot modeling: a review. Crit Rev Biomed Eng. 2008; 36 (2-3): 127-181.
23. Leardini A., Caravaggi P. Kinematic Foot Models for Instrumented Gait Analysis. W: Müller B., Wolf S.I. (red.). Handbook of Human Motion. Springer International Publishing, Cham, Switzerland, 2018: 547-570.
24. Oosterwaal M., Carbes S., Telfer S. i wsp. The Glasgow-Maastricht foot model, evaluation of a 26 segment kinematic model of the foot. J Foot Ankle Res. 2016; 9: 19.
25. Bishop C., Paul G., Thewlis D. The reliability, accuracy and minimal detectable difference of a multi-segment kinematic model of the foot-shoe complex. Gait Posture. 2013; 37 (4): 552-557.
26. Cobb S.C., Tis L.L., Johnson J.T. i wsp. The effect of low-mobile foot posture on multi-segment medial foot model gait kinematics. Gait Posture. 2009; 30 (3): 334-339.
27. Shultz R., Birmingham T.B., Jenkyn T.R. Differences in neutral foot positions when measured barefoot compared to in shoes with varying stiffnesses. Med Eng Phys. 2011; 33 (10): 1309-1313.
28. Wolf S., Simon J., Patikas D. i wsp. Foot motion in children shoes: a comparison of barefoot walking with shod walking in conventional and flexible shoes. Gait Posture. 2008; 27 (1): 51-59.
29. Leardini A., Aquila A., Caravaggi P. i wsp. Multi-segment foot mobility in a hinged ankle-foot orthosis: the effect of rotation axis position. Gait Posture. 2014; 40 (1): 274-277.
30. Lin S.-Ch., Chen C.P.C., Tang S.F.T. i wsp. Changes in windlass effect in response to different shoe and insole designs during walking. Gait Posture. 2013; 37 (2): 235-241.
Komentarz redaktora naukowego
Powyższy rozdział jest prawdopodobnie w polskiej literaturze medycznej pierwszą próbą przedstawienia możliwości analizy danych kinetycznych związanych ze stopą i stawem skokowo-goleniowym. Kilka zdań komentarza ma ułatwić czytelnikowi zrozumienie, do czego służy analiza chodu w laboratorium.
Chodzenie jest złożoną aktywnością zawierającą w sobie koordynację mięśni, kości i stawów kończyny dolnej. Analiza chodu jest rodzajem szczegółowego badania zakresu i kierunku ruchu kończyn dolnych i ich składowych oraz działania mięśni podczas chodzenia [1]. Analiza chodu:
- ujawnia defekty, które są trudno zauważalne podczas badania klinicznego,
- pozwala zróżnicować pierwotne problemy wpływające na sposób chodzenia od wtórnych kompensacyjnych, co jest nieocenione w leczeniu chorych ze złożonymi problemami nerwowo-mięśniowymi, takimi jak mózgowe porażenie dziecięce, dystrofie mięśniowe, przepuklina oponowo-rdzeniowa, pourazowe uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego lub zmiany zwyrodnieniowe stawów,
- pozwala zoptymalizować wybór ortezy lub protezy, a także jej właściwe zosiowanie,
- wzbogaca wiedzę na temat złożonych problemów chodu u dzieci i dorosłych w celu zaplanowania leczenia nieoperacyjnego (botulina, opatrunki gipsowe) i operacyjnego (uwolnienia tkanek miękkich, osteotomie),
- umożliwia ocenę wyników leczenia,
- poprzez dokładną ocenę chorego może poprawić jego jakość życia, zredukować hospitalizacje i tym samym obniżyć koszty leczenia.
Z punktu widzenia lekarza praktyka niezmiernie ważną informacją jest przekaz, że pacjenci kierowani do badania w laboratorium chodu muszą być pacjentami współpracującymi z zespołem badawczym. W przypadku dzieci są to osoby od około 5.-6. roku życia. Pacjenci muszą poruszać się samodzielnie, przy czym chodzenie może być wspomagane przez opatrunek gipsowy, ortezy, balkoniki, rzadziej kule. Chorzy, którzy wymagają podczas chodzenia fizycznej pomocy drugiej osoby, nie kwalifikują się do badania w laboratorium chodu.
Piśmiennictwo
1. South-east Mobility and Rehabilitation Technology. Gait Lab. Dostępne na: https://www.smart.scot.nhs.uk/gait-lab.
