WSTĘP

Równowaga jest definiowana jako „zdolność do unikania upadku w pozycji pionowej lub w czasie ruchu” (1). Do upośledzenia tej zdolności przyczynia się m.in. starzenie się oraz towarzyszące choroby. Obniżenie możliwości utrzymania stabilnej postawy jest podstawowym czynnikiem ryzyka upadków (2, 3). Co najmniej jedna na trzy osoby powyżej 65 rż. zamieszkujące w środowisku domowym ulegają upadkom, a u osób mieszkających w instytucjach opiekuńczo-leczniczych wskaźnik ten jest jeszcze wyższy. Co drugi upadek kończy się urazem, a 5-10% złamaniem (2, 4).

Zdolność utrzymania równowagi jest funkcją, za którą odpowiada wiele struktur. Upośledzenie funkcjonowania choćby jednej z nich, tj. ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego, narządów zmysłów, a także układu mięśniowo-szkieletowego przyczynia się do pogorszenia stabilności postawy. Osłabienie siły i mocy mięśniowej (szczególnie kończyn dolnych) są uważane za istotny czynnik pogarszający równowagę oraz stanowiący czynnik ryzyka upadków (5, 6, 7, 8, 9). U osób, które doznały upadku stwierdza się mniejszą siłę mięśni kończyn dolnych w stosunku do osób, które upadków nie doznają (10). Miarą siły rozwijanej przez mięśnie jest wielkość pokonanego obciążenia. Natomiast moc mięśniowa jest zależna od siły i szybkości skracania się mięśnia. Maksymalna moc rozwijana jest, gdy mięsień pracuje z optymalną prędkością skracania się jego włókien (υopt), tj. przy około 30% maksymalnej prędkości skracania włókien mięśniowych (11).

W polskim piśmiennictwie brak jest badań rozróżniających, która z tych cech (siła, moc mięśniowa, υopt) w większym stopniu wpływa na zdolność utrzymania równowagi, natomiast w piśmiennictwie światowym pojawiają się zdania o większej roli mocy mięśniowej i prędkości skracania się mięśni (5, 10, 12, 13).

Celem pracy jest określenie, które z badanych czynników (BMI, aktywność fizyczna, siła mięśni zginaczy i prostowników stawu kolanowego oraz moc mięśni prostowników stawu kolanowego i υopt) w istotny sposób determinują zdolność do utrzymania równowagi mierzonej za pomocą wskaźnika symetryczności obciążenia kończyn dolnych (WS) i części testu Tinetti dotyczącej równowagi.

MATERIAŁ I METODY

W badaniach uczestniczyło 56 pacjentów (33 kobiety i 23 mężczyzn) Kliniki Rehabilitacji i Medycyny Fizykalnej z Oddziałem Dziennego Pobytu Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego Nr 5 w Łodzi, zakwalifikowanych do stacjonarnej rehabilitacji w pierwszej połowie 2009 roku z powodu zaburzenia funkcji w układzie nerwowym i narządzie ruchu.

Do badań zostali włączeni pacjenci zdolni do rozumienia i wykonywania poleceń, mający fizyczne możliwości do wykonywania testów (zdolność do jazdy na rowerze stacjonarnym, zdolność do stania bez podparcia przez co najmniej 10 s), którzy wyrazili pisemną zgodę na udział w badaniu. Z badań wykluczono pacjentów ze stwierdzonymi kardiologicznymi przeciwwskazaniami do wykonywania testów wysiłkowych, z dysfunkcjami w układzie ruchu, które uniemożliwiały wykonanie testów wysiłkowych (silny ból i spastyczność oraz ograniczony zakres ruchu w stawach kończyn dolnych) oraz pacjentów, którzy nie wyrazili zgody na udział w badaniu. Badania zostały przeprowadzone za zgodą Komisji Bioetycznej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi.

Ocenę aktywności ruchowej przed hospitalizacją przeprowadzono za pomocą kwestionariuszy: Seven- Day Physical Activity Recall Questionnaire (SDPAR) i Stanford. Kwestionariusz SDPAR zawiera dziesięć pytań dotyczących liczby godzin snu oraz długości trwania wysiłku o umiarkowanej, dużej i bardzo dużej intensywności w ciągu ostatniego tygodnia (14). Kwestionariusz Stanford służy do oceny wysiłku fizycznego o umiarkowanej i dużej intensywności (15). Ze względu na fakt, że tylko 2 osoby zgłosiły podejmowanie wysiłku fizycznego o dużej intensywności, w pracy uwzględniono tylko część kwestionariusza dotyczącą wysiłków o umiarkowanej intensywności.

W celu oceny beztłuszczowej masy uda oraz masy mięśni prostowników stawu kolanowego, dokonano pomiaru obwodów uda na trzech poziomach oraz pomiaru tkanki tłuszczowej na części przedniej i tylnej uda (16) fałdomierzem wyprodukowanym na Wydziale Mechanicznym Politechniki Łódzkiej.

Pomiary momentów sił mięśni prostowników i zginaczy stawu kolanowego zostały wykonane na fotelu UPR-02 A/S  z oprogramowaniem Moment II firmy Sumer (17). Urządzenie wyposażone jest w tensometryczny przetwornik momentu siły współpracujący z elektronicznym momentomierzem. Badanie wykonano w pozycji siedzącej ze stabilizacją uda oraz tułowia. Na podany sygnał pacjent naciskał na dźwignię fotela w ciągu 10 s, w kierunku prostowania oraz w następnym etapie badania w kierunku zginania stawu kolanowego (napięcie izometryczne). Wyniki podano w niutonometrach (Nm) dla zsumowanej wartości momentów sił dla mięśni prostowników stawu kolanowego prawej i lewej kończyny dolnej oraz zsumowanej wartości momentów sił dla mięśni zginaczy stawu kolanowego prawej i lewej kończyny dolnej.

Moc mięśni (Pmax) oceniano podczas maksymalnego wysiłku sprinterskiego (dwie ośmiosekundowe próby na cykloergometrze typu Monark) (18) poprzedzonego pięciominutową rozgrzewką na cykloergometrze rowerowym. Obliczono również optymalną prędkość (υopt), przy której moc osiąga wartości maksymalne, podawaną w liczbie obrotów na minutę.

Ponadto u pacjentów przeprowadzono badanie siły nacisku kończyn dolnych w pozycji stojącej na dwupłytowej platformie balansowej ERBE współpracującej z programem komputerowym dla Windows Physio-Feedback-System (19). Badanie to umożliwia okreś-
lenie siły nacisku dla każdej z kończyn dolnych w czasie swobodnego stania ze wzrokiem skierowanym na wprost. Wartości siły nacisku podawane są w niutonach (N). Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów siły nacisku na platformie balansowej został obliczony WS obciążenia kończyn dolnych poprzez podzielenie większej wartości z odczytu siły nacisku przez wartość mniejszą (20). Za wartości prawidłowe uważa się wyniki pomiędzy 1, a 1,15 (20, 21).

Test Tinetti (22) składa się z dwóch części dotyczących równowagi i chodu.

W pracy wykorzystano część dotyczącą równowagi w dziewięciu sytuacjach: podczas siedzenia, wstawania z miejsca, bezpośrednio po wstaniu z miejsca, podczas stania, podczas próby trącania przy otwartych i zamkniętych oczach badanego, obracania się o 360° i siadania. Maksymalna liczba punktów wynosi 16.

ANALIZA STATYSTYCZNA

Zmienne analizowano za pomocą współczynników korelacji (r) Pearsona i Spearmana. W celu identyfikacji zmiennych niezależnych determinujących wskaźnik symetryczności zastosowano regresję wieloczynnikową z włączeniem do modelu wszystkich zmiennych niezależnych, które w regresji jednoczynnikowej posiadały współczynnik korelacji p<0,1 (korelacja statystycznie istotna oraz tendencja do korelacji statystycznie istotnej). Wyniki przedstawiono w postaci średniej ± odchylenie standardowe, a za poziom istotności statystycznej przyjęto wartość p<0,05.

WYNIKI

Charakterystyka badanej grupy została przedstawiona w tabeli 1. W tabeli 2 przedstawiono związek wskaźników równowagi z ich potencjalnymi determinantami.

Wskaźniki równowagi najsilniej korelują z υopt oraz maksymalną mocą mięśni prostowników stawu kolanowego (p<0,001). Nieco słabszy związek ze wskaźnikami równowagi, ale również istotny statystycznie, wykazano dla siły mięśni zginaczy i prostowników stawu kolanowego oraz pomiędzy WS i BMI. Pomiędzy WS a beztłuszczową objętością uda wykazano jedynie tendencję do zależności istotnej statystycznie (p=0,06). Nie wykazano związku pomiędzy równowagą a masą mięśni prostowników stawu kolanowego oraz wskaźnikiem Stanford umiarkowany (p>0,05).

Po włączeniu wszystkich zmiennych niezależnych (BMI, dzienny wydatek energetyczny, zsumowana siła prostowników stawu kolanowego, zsumowana siła zginaczy stawu kolanowego, moc prostowników stawu kolanowego i υopt) o p<0,1 w zależnościach dwuczynnikowych do modelu regresji wieloczynnikowej stwierdzono następujące determinanty wskaźników równowagi:

Tinetti równowaga = 8,43 + 0,085* υopt (r2 = 30,7)

WS = 1,67 – 0,0068 * υopt (r2 = 21,1)

W celu wyboru optymalnego modelu regresji sprawdzono, czy różne modele regresji nieliniowej w lepszy sposób determinują zmienność ocenianych wskaźników.

Model odwrotnościowy-Y (Reciprocal-Y) zdecydowanie poprawiał przewidywalność zmiennej zależnej WS w zależności od zmiennej niezależnej υopt (ryc. 1):

WS = 1/(0,586 + 0.00405 * υopt) (r2 = 27,9)

Dla wskaźnika Tinetti (część wskaźnika dotycząca równowagi) modele regresji nieliniowej nie poprawiały w istotny sposób zmienności w zależności od υopt.

DYSKUSJA

Ocena determinantów równowagi jest ważna z uwagi na jej logiczny i udowodniony związek ze sprawnością funkcjonalną oraz ryzykiem upadków m.in. wśród osób starszych zamieszkujących w środowisku domowym, instytucjach, a także wśród pacjentów po udarze mózgu (10). Wyniki prezentowanej pracy wskazują na związek siły mięśni prostowników i zginaczy stawu kolanowego oraz mocy i prędkości skracania się mięśni prostowników stawu kolanowego ze zdolnością utrzymania równowagi mierzoną za pomocą wskaźnika symetryczności obciążenia kończyn dolnych, który jest wskaźnikiem stabilności postawy w staniu (20) i części testu Tinetti dotyczącej równowagi. Zastosowane w pracy testy równowagi wykazują pomiędzy sobą silną zależność (p<0,001).

W wielu pracach został udowodniony wpływ siły mięś-niowej kończyn dolnych na zdolność utrzymania równowagi (8, 9, 23). Zależność pomiędzy siłą mięśni prostowników stawu kolanowego a równowagą mierzoną za pomocą platformy posturograficznej oraz czasu pokonania toru w kształcie ósemki, wykazali Carter i wsp. (8) w badaniu obejmującym 97 kobiet z osteo-porozą. Związek ten był silniejszy niż związek równowagi z wiekiem w badanej grupie kobiet. Podobne wyniki uzyskano w badaniu 153 zdrowych kobiet w wieku postmenopauzalnym (9). Poprawy równowagi nie uzyskano jednak pomimo wzrostu siły mięśni kończyn dolnych pod wpływem 8-tygodniowego treningu siłowego (24) oraz w wyniku 24-26-tygodniowego treningu siłowego u 105 osób z niewielkim deficytem siły i równowagi (25).

Z kolei w efekcie 10-tygodniowego treningu mocy o różnej intensywności (26) doszło do poprawy siły i wytrzymałości w grupie o największym obciążeniu treningowym (80%1RM*), ale nie wiązało się to z poprawą równowagi. Równowaga poprawiła się na poziomie istotnym statystycznie w grupie z najmniejszym obciążeniem treningowym (20%1RM), co wg autorów wiązało się ze wzrostem prędkości. Autorzy tej publikacji sugerują, że prędkość skurczu mięśni w badanej grupie ma większe znaczenie dla poprawy równowagi niż siła.

Jest to zgodne z wynikami prezentowanej pracy oraz opinią innych badaczy, że istnieje silniejsza zależność pomiędzy równowagą i mocą mięśniową (26, 27) oraz równowagą i prędkością skracania się mięśni (13, 28), niż pomiędzy równowagą i siłą mięśni. W badaniu InCHIANTI (27) obejmującym 1032 starsze osoby moc mięśniowa kończyn dolnych w stopniu większym niż siła mięśni działających na staw biodrowy i kolanowy determinuje zdolność do utrzymania równowagi. W innym badaniu starszych, niesprawnych ruchowo pacjentów pod kątem determinantów równowagi, siła mięśniowa skorelowana była z dwoma z czterech wykonanych testów równowagi, natomiast prędkość skracania się mięśni z trzema (13).

Perry i wsp. (7) podkreślają znaczenie nie tylko wielkości, ale również symetrii siły i mocy mięśniowej kończyn dolnych w prewencji upadków. Osoby doznające upadków charakteryzują się mniejszą siłą i mocą mięśni kończyn dolnych, ale także większą asymetrią w sile i mocy mięśniowej w stosunku do osób nie upadających.

W badaniu Ringsberg i wsp. (29) kobiety, które kontynuowały umiarkowaną aktywność fizyczną przez wiele lat charakteryzują się lepszą równowagą, jakością chodu, większą siłą mięśniową oraz lepszymi parametrami stanu zdrowia. Również Karinkanta i wsp. (9) stwierdzają, że aktywność fizyczna pozytywnie koreluje z równowagą dynamiczną. W badaniach własnych nie wykazano istotnego statystycznie związku pomiędzy aktywnością fizyczną i równowagą. Jedynie tendencję do istotności statystycznej (p=0,06) wykazuje zależność pomiędzy zwyczajowym, dobowym wydatkiem energetycznym i WS. Prawdopodobnie towarzyszące choroby i ograniczona mobilność badanej grupy ogranicza podejmowanie wysiłków fizycznych i ich intensywność jest zbyt mała, aby mogła wpłynąć na badane cechy.

Zwrócenie większej uwagi na moc mięśniową jest ważne szczególnie w programach rehabilitacyjnych dla osób starszych. Znany jest fakt, że wraz z wiekiem dochodzi do spadku siły i mocy mięśniowej. Jest to związane ze spadkiem objętości mięśni, pogorszeniem kontroli nerwowej oraz przesunięciem wraz z wiekiem proporcji włókien mięśniowych w kierunku włókien wolnokurczliwych (typu I) (30). Wykazano, że osoby w wieku 70 lat zachowują 50% swojej siły i tylko 25% mocy mięśniowej w porównaniu do osób młodych (31). Wyniki prezentowane w pracach innych autorów oraz badań własnych sugerują rozważenie włączenia do programów rehabilitacyjnych mających na celu poprawę równowagi również treningu poprawiającego moc mięśniową oraz prędkość skurczu mięśni.

WNIOSKI

Przedstawione wyniki badań wskazują, że zdolność utrzymania równowagi zależna jest od siły mięśni kończyn dolnych oraz w jeszcze większym stopniu od mocy mięśniowej i prędkości skracania się mięśni.

..............................................................................................................................................................


*1 RM- one repetition maximum- maksymalny ciężar możliwy do udźwignięcia w czasie jednokrotnego powtórzenia ćwiczenia.

..............................................................................................................................................................

PIŚMIENNICTWO

1.    Mengshoe A.M. et al.:Balance and Stability in Rheumatoid Arthritis Patients Physiotherapy 2000;86:342-347.

2.    Chan B.K. et al.: Incident fall risk and physical activity and physical performance among older men: the Osteoporotic Fractures in Men Study. Am J Epidemiol. 2007;165(6):696-703.

3.    Stel V. et al.: Balance and mobility performance as treatable risk factors for recurrent falling in older persons. J Clin Epidemiol. 2003;56(7):659-68, Moreland J, Richardson J, Goldsmith C, Clase C. Muscle weakness and falls in older adults: a systematic review and meta-analysis. J Am Geriatr Soc. 2004;52(7):1121-1129.

4.    Piirtola M, Era P.: Force platform measurements as predictors of falls among older people - a review. Gerontology 2006;52:1-16.

5.    Iwamoto J. Et al.: Preventative effect of exercise against falls in the elderly: a randomized controlled trial. Osteoporos Int.: 2009;20(7):1233-1240.

6.    Runge M., Rehfeld G., Resnicek E.: Balance training and exercise in geriatric patients. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2000;1(1):61-65.

7.    Perry M.C. et al.: Strength, power output and symmetry of leg muscles: effect of age and history of falling. Eur J Appl Physiol 2007;100:553-561.

8.    Carter N.D. et al.: Knee extension strength is a significant determinant of static and dynamic balance as well as quality of life in older community-dwelling women with osteoporosis. Gerontology 2002;48(6):360-368.

9.    Karinkanta S. et al.: Factors predicting dynamic balance and quality of life in home-dwelling elderly women. Gerontology 2005;51(2):116-121.

10.    Orr R, Raymond J, Fiatarone Singh M.: Efficacy of progressive resistance training on balance performance in older adults : a systematic review of randomized controlled trials. Sports Med. 2008;38(4):317-343.

11.    Górski J.: Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego. PZWL, Warszawa, 2001.

12.    Skelton D, Kennedy J, Rutherford O.: Explosive power and asymmetry in leg muscle function in frequent fallers and non-fallers aged over 65. Age Ageing. 2002;31(2):119-125.

13.    Mayson D.J. Et al.: Leg strength or velocity of movement: which is more influential on the balance of mobility limited elders? Am J Phys Med Rehabil 2008;87(12):969-976.

14.    Blair SN, Haskell WL, Ho P.: Assessment of habitual physical activity by a seven-day recall in a community survey and controlled experiments. Am J Epidemiol 1985;122:794-804.

15.    Sallis J, Haskell W, Wood P.: Physical activity assessment methodology in the Five- City Project. American Journal of Epidemiology 1985;121:91-106.

16.    Jones PR, Pearson J.: Anthropometric determination of leg fat and muscle plus bone volumes in young male and female adults. J Physiol 1969;204(2):63P-66P.

17.    Czamara A.: Moments of muscular strenght of knee joint extensors and flexors during physiotherapeutic procedures following anterior cruciate ligament reconstruction in males Acta of Bioengineering and Biomechanics 2008;10(3):37-44.

18.    Arsac L.M., Belli A., Lacour J.R.: Muscle function during brief maximal exercise: accurate measurements on a friction-loaded cycle ergometer. Eur J Appl Physiol 1996;74(1-2):100-106.

19.    Krekora K., Czernicki J.: Ocena rozkładu sił nacisku na podłoże u chorych po udarze niedokrwiennym mózgu. Rehabilitacja Medyczna 2005;9(1):16-20.

20.    Kwolek A.: Prędkość chodu i wskaźnik symetryczności obciążenia kończyn dolnych w ocenie efektów rehabilitacji pacjentów z niedowładem połowiczym. Fizjoterapia 1998;6(3):45-49.

21.    Srokowska A. i wsp.: Ocena skuteczności biologicznego sprzężenia zwrotnego w ćwiczeniach na platformie MTD. Balneol. Pol. 2008;50(2):116-124.

22.    Tinetti M.: Performance-oriented assessment of mobility problems in elderly patients. J Am Geriatr Soc 1988;34:119-126.

23.    Matsumura B.A., Ambrose A.F.: Balance in the elderly. Clin Geriatr Med 2006;22:395-412.

24.    Schlicht J., Camaione D.N., Owen S.V.: Effect of intense strength training on standing balance, walking speed, and sit-to-stand performance in older adults. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001;56(5):281-286.

25.    Buchner D.M. et al.: The effect of strength and endurance training on gait, balance, fall risk, and health services use in community-living older adults. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 1997;52(4):218-224.

26.    Orr R. et al.: Power training improves balance in healthy older adults. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2006;61(1):78-85.

27.    Bean J.F. et al.: A comparison of leg power and leg strength within the InCHIANTI study: which influences mobility more? J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2003;58:728-733.

28.    Sayers S.P. et al.: Effect of leg muscle contraction velocity on functional performance in older men and women. J Am Geriatr Soc 2005;53(3):467-471.

29.    Ringsberg K.A. et al.: The impact of long-term moderate physical activity on functional performance, bone mineral density and fracture incidence in elderly women. Gerontology 2001;47:15-20.

30.    Clémençon M. et al.: Potential role of optimal velocity as a qualitative factor of physical functional performance in women aged 72 to 96 years. Arch Phys Med Rehabil 2008;89(8):1594-1599.

31.    Henwood TR, Riek S, Taaffe DR.: Strenght versus muscle power-specific resistance training in community-dwelling older adults. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2008;63A(1):83-91.

..............................................................................................................................................................

Adres do korespondencji:

Joanna Kostka
Zakład Medycyny Fizykalnej
I Katedry Rehabilitacji
Uniwersytetu Medycznego w Łodzi
90-647 Łódź
ul. Pl. Hallera 1
tel. 601 384 792
e-mail: joannakostka@wp.pl

Artykuł nadesłano: 31.03.2010
Zaakceptowano do druku: 02.05.2010