51
3 Dynamická funkce nohy při chůzi
Ivan Vařeka
Bipedální chůze (Walking, W) je základní způsob lidské lokomoce
po dvou dolních končetinách. Chůze má tři hlavní části: zahajovací fáze,
cyklická fáze a fáze ukončení. Během cyklické fáze vykonává dolní
končetina opakované, cyklické pohyby, které lze popsat v rámci krokového
cyklu. Krokový cyklus (Gait Cycle, GC) má dvě hlavní fáze –
opornou a švihovou, které jsou určitými událostmi rozděleny
na jednotlivá období. Oporná fáze (Stance Phase, StP) začíná kontaktem
paty (Heel Strike, HS, Initial Contact, IC). První je období postupného
zatěžování (Loading Response, LR) až do okamžiku položení celé
plosky (Foot Flat, FF). Následuje období střední opory (MidStance,
MS) končící okamžikem odlepení paty (Heel Off, HO). Pro pohyb vpřed
je nejdůležitější období aktivního odrazu (Active Propulsion, AP, Terminal
Stance, TS). Poslední je období pasivního odlepení (Preswing,
PS) končící okamžikem zvednutí špičky (Toe Off, TO). Fáze švihová
(Swing Phase, SwP) se dělí na období zahájení švihu (Initial Swing, IS,
Accleration, A), období středního švihu (MidSwing, MSw) a období
ukončení švihu (Terminal Swing, TSw, Deceleration, D). Při srovnání
krokových cyklů obou dolních končetin lze určit fázi dvojí opory
(Double Support, DS) a fázi jedné opory (Single Support, SS). Krok
(Step, Sp) je vzdálenost mezi místy dopadu pravé a levé paty, dvojkrok
(Stride, Sd) je vzdálenost mezi místy dopadu paty jedné dolní končetiny
na začátku a konci jejího krokového cyklu.
3.1 Kinematika krokového cyklu
Průběh pohybů v hlavních kloubech dolní končetiny je graficky znázorněn
na obrázku 18.
Přestože jsou základní charakteristiky a principy lidské bipedální chůze
společné, existuje poměrně velká interindividuální variabilita v jejich
načasování a kvalitativním a kvantitativním vyjádření. Např. Pohl, Messenger
a Buckley (2007) pomocí 3D kinematické analýzy zjistili, že korelace
mezi okamžikem maximální pronace (resp. supinace) zánoží
a vnitřní (resp. zevní) rotace bérce je poměrně velká při běhu (r = 0,95),
ale výrazně nižší při chůzi (r = 0,45). Navíc během chůze dochází
k maximální vnitřní rotaci bérce podstatně dříve než při běhu (u chůze
v 17 % doby fáze opory, u běhu v 37 %) a při chůzi zůstává zánoží také
déle pronované než při běhu. Z těchto nálezů vyplývá, že při chůzi je
poměrně dlouhou dobu bérec rotován zevně zatímco zánoží ještě pokračuje
v everzi. Autoři studie uvádějí, že příčinou může být např. vzájemný
pohyb tibie a talu, který běžně není do analýzy zahrnován, nicméně již
byl v roce 2004 prokázán Andrtem a jeho spolupracovníky pomocí intraVařeka,
I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
52
kortikálních značek. Dalším faktorem mohou být rozdílné funkční typy
nohy (viz 4.3), které nebyly v metodice této práce zohledněny. Je také
poukazováno na možnou metodologickou chybu při srovnávání okamžiku
maximální pronace zánoží s okamžikem maximální flexe kolene. Průběh
křivky flexe/extenze kolene má poměrně jednoznačné vrcholy a deprese
s poměrně strmými přechody. Naopak pronační/supinační křivka zánoží
má v období střední opory často několik nevysokých vrcholů a mělkých
depresí (bimodální průběh). Bylo proto navrženo používání hodnocení
maximání pronační fáze (MPP), které tento metodologický problém částečně
řeší. Nicméně i tak zůstává resupinace významně opožděná
za extenzí kolene a to především u jedinců s výraznějším bimodálním
průběhem křivky pronace/supinace. De Wit a De Clerq (2000) uvádějí, že
při zvyšující se rychlostí běhu se tato diskrepance snižuje. Jiní autoři
ovšem vliv rychlosti běhu na snižování zpoždění resupinace oproti extenzi
kolene (či zevní rotaci bérce) nepotvrdili. Reálná variabilita je podložena
strukturálně (biomechanika ovlivněná např. anteverzním úhlem
krčku, průběhem osy subtalárního kloubu výškou, hmotností, somatotypem,
pohlavím atd.) i průběhem motorického vývoje (viz 8.4). Každý
člověk je svou chůzí do jisté míry jedinečný natolik, že je analýza chůze
v současnosti využívána k identifikaci osob (viz 5). Navíc existuje
i zřetelná intraindividuální variabilita vlivem jak řady vnitřních faktorů
(např. únava, psychický stav), tak i faktorů zevních (osvětlení, kvalita
povrchu atd.). Rozdílné výsledky různých experimentální prací mohou
být také způsobeny rozdílnou metodikou či chybou měření. Neustále se
vyvíjejí také názory na funkci nohy formulované pomocí paradigmat,
která se navzájem někdy velmi liší (viz 4.3.8). To vše je třeba zohlednit
při četbě následujícího textu. I přes snahu o didaktické členění textu není
rozdělení na kinematiku a kinetiku zcela důsledné a některé informace se
opakují tak, aby vynikly souvislosti.
3.1.1 Oporná fáze
3.1.1.1 Období postupného zatěžování
OPORNÁ FÁZE krokového cyklu začíná v okamžiku dopadu paty
na podložku obdobím postupného zatěžování (obrázek 19). Hlezenní
kloub je na počátku v dorziflexi či neutrální poloze a zahajuje pasivní
plantární flexi, při které je na podložku pokládána ploska nohy. V supinovaném
subtalárním kloubu dochází k pronaci, která je vyvolána iniciální
kontaktem na laterálním výběžku hrbolu patní kosti, přičemž vektor
reakční síly podložky směřuje zevně od osy subtalárního kloubu.
V transverzotarzálním kloubu naopak probíhá relativní supinace předonoží
okolo longitudinální osy vzhledem k výrazně pronujícímu zánoží.
Vzhledem k podložce sice předonoží také pronuje, ale ne tolik jako zánoží.
Tuto relativní supinaci předonoží vzhledem k zánoží umožňuje pohyb
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
53
kolem dlouhé osy transverzotarzálního kloubu. To potvrzují i některé
výsledky 3D kinematické analýzy (Leardini, Benedetti, Berti, Berttinelli,
Nativo & Giannini, 2007). V jiné studii (Pohl, Messenger & Buckley,
2007) ale nebyla zjištěna významná korelace pohybů zánoží a předonoží
ve frontální rovině, naopak byla zjištěna vysoká pozitivní korelace mezi
pronací zánoží a abdukcí (resp. supinací a addukcí) při chůzi i běhu (viz
výše). Pohyby kolem šikmé osy transverzotarzálního kloubu se během
krokového cyklu liší od pohybů kolem longitudinální osy. Nejsou ale
zmiňovány pro zjednodušení výkladu a také proto, že v poslední době je
paradigma dvouosého transverzotarzálního kloubu opouštěno (viz 1.3.5).
K supinaci kolem podélné osy transverzotarzálního kloubu přispívá také
aktivita svalů brzdících pasivní plantární flexi – m. tibialis anterior, m.
extensor digitorum longus a m. extensor hallucis longus.
Pronace v subtalárním kloubu zároveň vyvolává tzv. pantovým mechanizmem
(viz 1.3.4.1) addukci talu a vnitřní rotaci bérce. To je v souladu
s pohybem do flexe v kolenním kloubu, který byl před dopadem paty
v téměř plné extenzi. Již zmíněné experimentální práce z poslední doby
ale ukazují, že ani pohyby v koleni nejsou během chůze tak těsně svázány
s rotací bérce a kalkaneu, jak se dříve v rámci Rootova paradigma předpokládalo.
Jedním z možných vysvětlení snad může být to, že při flexi
v koleni převažuje zpočátku rotace kolem osy procházející kondyly femuru
a až později se přidává smykový pohyb kondylů vzad. Právě asymetrický
pohyb kondylů femuru vzad je spojen s vnitřní rotací bérce, resp.
zevní rotací femuru, protože zevní kondyl femuru se během flexe v koleni
pohybuje více vzad než kondyl vnitřní (Kapandji, 1987). To by mohlo
vysvětlit případné zpoždění vnitřní rotace tibie vzhledem k flexi v koleni.
Nicméně v literatuře se vyskytují spíše zmínky o zpoždění resupinace
oproti extenzi kolene či zevní rotaci bérce, které je výraznější při chůzi
než při běhu (Pohl, Messenger & Buckley, 2007).
V kyčelním kloubu pokračuje pohyb do extenze zahájený již krátce
před dopadem paty. Pánev rotuje na stranu nové oporné dolní končetiny,
resp. frontální rovina pánve se postupně stáčí na stranu nové oporné končetiny,
tedy do vnitřní rotace v kyčelním kloubu. Právě rotace v kyčelním
kloubu v transverzální rovině je názorným příkladem velké interindividuální
variability. Ta je daná anatomicky, např. různý úhel anteverze krčku,
určitou roli zřejmě hraje i způsob individuálně naučeného motorického
vzoru chůze a fakt, že cyklický pohyb není při opakování nikdy proveden
zcela identicky. Vliv na rozdílné výsledky mají i rozdíly v metodice měření
včetně chyb a různé umístění značek (Sache, Barker & Lamoreux,
2005). Problémem je také stanovení vztažného bodu (segmentu), vzhledem
ke kterému je rotace popisována. Popis dále komplikuje existence
určitého kolodiafyzárního úhlu a úhlu anteverze, resp. retroverze, krčku
kosti stehenní v transverzální rovině. Podle klasických Saundersových
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
54
schémat (Saunders, Inman & Eberhart, 1953) je osa krčku femuru promítnutá
do transverzální roviny v okamžiku dopadu paty v anteverzi
vzhledem k frontální rovině procházející pánví. Během fáze opory se pak
vzhledem k této rovině pohybuje z anteverze do retroverze, což odpovídá
pohybu femuru z flexe do extenze v kyčelním kloubu. Během švihu se
osa krčku naopak pohybuje z retroverze do anteverze, což odpovídá pohybu
z extenze do flexe. Je otázkou, nakolik lze v této souvislosti mluvit
o zevní rotaci femuru ve fázi opory a vnitřní rotaci ve fázi švihu. Gianini,
Catani, Benedetti a Leardini (1994) popisují maximální rotaci pánve kontralaterálně
při dopadu paty. Zároveň udávají, že v kyčelním kloubu je
před dopadem paty zevní rotace a toto postavení přetrvává v první části
fáze opory. Poté nastává vnitřní rotace přetrvávající až do období odrazu.
Během švihové fáze dochází k návratu k zevní rotaci v kyčelním kloubu.
Vaugham, Davis a O´Connor (1992) publikovali grafy, které ukazují, že
během fáze opory hodnota zevní rotace v kyčelním kloubu opakovaně
kolísá mezi 4º až 6º. Během odrazu se ustálí na větší hodnotě zevní rotace
než při dopadu paty a po odrazu prudce přejde do vnitřní rotace, která
opět kolísá. Naopak Wernick a Volpe (1996) jednoznačně udávají vnitřní
rotaci femuru. Spolu s femurem vnitřně rotuje i bérec, jehož vnitřní rotace
je výraznější, podpořena automatickou vnitřní rotací při flexi kolene.
Zároveň s bércem se pohybuje i talus unášený ve vidlici bércových kostí,
který je tak addukován v transverzální rovině. V posledních letech je
poukazováno, že vnitřní rotace bérce a addukce talu v transverzální rovině
nejsou pevně spojeny (viz výše). Jisté je, že talus v tomto období prodělává
zároveň plantární flexi, takže se do kontaktu s vidlicí bércových
kostí dostává jeho užší část.
Již zmíněná pronace v subtalárním kloubu a relativní supinace v kloubu
transverzotarzálním má za následek minimální stabilitu transverzotarzálního
kloubu a jeho maximální volnost, což případně umožní přizpůsobení
plosky povrchu (obrázek 11). Skutečný význam společné flexe kolene,
plantární flexe nohy v hlezenním kloubu a pronace zánoží ale spočívá
především v tlumení nárazu při došlapu, na čemž se podílí antagonisté
těchto pohybů pracující v excentrické kontrakci (viz 3.2).
3.1.1.2 Období střední opory
Po dosažení kontaktu plnou ploskou následuje období střední opory (obrázek
20). Kloub hlezenní byl při dosažení plného kontaktu plantárně
flektován a nyní v něm probíhá „pasivní“ dorziflexe. V subtalárním
kloubu začíná supinace. Příčinou je částečný přesun zatížení
na předonoží a částečné odlehčení paty. Podle Bojsen-Møllera (1979)
tento přesun zatížení probíhá nejdříve na laterální páce „pata – hlavička
V. metatarzu“ (tzv. low gear). Zároveň s tím již začíná probíhat
i dorzální flexe I. metatarzofalangeálního kloubu a tím se uplatní kladkoVařeka,
I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
55
vý mechanizmus plantární aponeurózy, jejíž mediální část je více napjata
a způsobuje tak supinaci. Je otázkou, zda se na této supinaci podílí i zevní
rotace bérce (pantový mechanizmus) při extenzi kolene, pokud ovšem
není naopak kladkovým mechanizmem vyvolaná supinace kalkaneu jednou
z příčin zevní rotace bérce. Otázkou také je, nakolik se v tomto období
již uplatňuje supinační tah m. triceps surae. V transverzotarzálním
kloubu dochází k relativní pronaci, protože předonoží přes svůj zatížený
zevní okraj není schopno plně sledovat zánoží do supinace. To vede
k uzamčení a zpevnění kalkaneokuboidního kloubu (Bojsen-Møller,
1979). Tyto mechanizmy společně maximálně stabilizují transverzotarzální
kloub, přední tarzus je navíc výrazně zpevněn aktivitou m. tibialis
posterior a m. peroneus longus. Z nohy se tak stává pevná páka, kterou
lze využít pro odraz tahem m. triceps surae. Zatížení předonoží se přesunuje
více mediálně a tah m. triceps surae nyní podle Bojsen-Møllera
(1979) působí na delší páce „pata – hlavička I. (či II.) metatarzu“ (tzv.
high gear) (obrázek 14).
Kolenní kloub po dosažení maximální flexe (jde o maximální flexi
v rámci oporné fáze, k podstatně výraznější flexi dochází během švihové
fáze) zahajuje extenzi, která je provázena zevní rotací bérce s abdukcí
talu, což je ve shodě s výše uvedenou supinaci v subtalárním kloubu.
V kyčelním kloubu dále pokračuje pohyb do extenze.
3.1.1.3 Období aktivního odrazu
V období aktivního odrazu (obrázek 21) probíhá aktivní plantární flexe
v kloubu hlezenním. Tato flexe je výsledkem aktivity lýtkových svalů,
především m. triceps surae. M. gastrocnemius má výhodnější podmínky
pro vyvinutí maximální síly díky probíhající extenzi v kolenním kloubu.
V subtalárním kloubu pokračuje supinace, mimo jiné i vlivem tahu m.
triceps surae. V transverzotarzálním kloubu pokračuje relativní pronace
kolem longitudinální osy, zatížení nohy se přesouvá mediálně dopředu,
laterální oblouk je akcentován. Tato akcentace oblouku je způsobena
supinací patní kosti (viz výše), dále aktivitou m. peroneus longus a také
již zmíněným kladkovým mechanizmem plantární aponeurózy, která se
při zvednutí paty navíjí okolo hlaviček metatarzů a přitahuje tak kalkaneus
k předonoží. Její mediální část je přitom pod větším napětím. Všechny
tyto faktory (supinace zánoží, relativní pronace předonoží, tah m. peron.
long. a tah plantární aponeurózy) vedou ke zpevnění transverzotarzálního
kloubu a vytvoření pevné páky nohy, přes kterou se může plně uplatnit
tah lýtkových svalů. Kolenní kloub dosahuje maximální extenzi v rámci
krokového cyklu (ovšem skutečně plnou extenzi během krokového cyklu
nedosáhne, končí na přibližně 3° flexe), poté opět zahajuje flexi. Kyčelní
kloub dosahuje nulového postavení a pokračuje dále do extenze.
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
56
3.1.1.4 Období pasivního odlepení
V období pasivního odlepení pokračuje plantární flexe v hlezenním
kloubu, v kloubu subtalárním pokračuje supinace, v transverzotarzálním
kloubu relativní pronace kolem longitudinální osy. Nadále probíhá
již dříve zahájená flexe v kolenním kloubu. Kyčelní kloub dokončí maximální
extenzi a je zahájena rychlá flexe (obrázek 18).
3.1.2 Švihová fáze
Švihová fáze začíná v okamžiku zvednutí špičky obdobím počátečního
švihu, zrychlení. V kyčelním kloubu probíhá flexe (obr. 18). V kloubu
kolenním zpočátku pokračuje pohyb do flexe, který v první polovině
švihové fáze přechází v pohyb do extenze, takže v okamžiku kontaktu
paty je koleno v téměř plné extenzi (nikoliv však maximální – viz výše).
Hlezenní kloub zpočátku ještě krátce pokračuje v plantární flexi, která
ale postupně přechází v pohyb do dorziflexe, takže v období středního
švihu dosáhne zhruba nulového postavení. Poté následuje ještě krátká
mírná plantární flexe, ale na konci švihové fáze je již opět téměř
v nulovém postavení připraven na kontakt paty s podložkou. Subtalární
kloub po ztrátě kontaktu nohy s podložkou funguje v otevřeném řetězci.
Nejdříve patní kost pronuje (aktivitou m. extensor digitorum longus),
těsně před kontaktem paty s podložkou ale dojde k supinaci (aktivitou m.
tibialis anterior). Transverzotarzální kloub je zpočátku maximálně pronován,
před dopadem paty dojde k jeho supinaci.
Počáteční zevní rotace femuru (spolu s pánví na této straně) se mění
na vnitřní rotaci ve chvíli, kdy kontralaterální polovina pánve a spolu s ní
femur nyní stojné (kontralaterální) dolní končetiny začnou rotovat zevně.
3.2 Kinetika krokového cyklu
Podle Newtonových zákonů lze pohyb vyvolat pouze působením síly.
V případě bipedální chůze je do analýzy zahrnuta síla (resp. moment síly)
svalů dolních končetin (případně i elasticita) jako síla vnitřní a reakční
síla podložky (obrázek 22), setrvačnost a tíhová síla (případně i tření)
jako síly vnější. Aktivitu svalů lze dokumentovat pomocí elektromyografie
(EMG), nálezy různých autorů se ovšem liší. Příčinou může být různý
rozsah souboru i metodika. Navíc žádný cyklický pohyb není
při opakování nikdy proveden zcela shodně, což je zřejmé tím více čím
dokonalejší jsou diskriminační možnosti pozorovatele. Jiným problémem
je, že vztah mezi EMG aktivitou a kinematickými parametry pohybu není
ani zdaleka lineární (Vařeka, 2004a).
Lokomoce člověka je typicky pedální lokomocí – hlavní práci potřebnou
pro přesun v prostoru vykonávají svaly končetin. Tím se liší od apedální
lokomoce, kterou je např. plazení, kdy hlavní práci vykonávají svaly truVařeka,
I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
57
pu. V případě hadů jde pouze o svaly trupu, v případě ještěrek se podílí
i svaly končetin, ovšem v menší míře. Tzv. reflexní plazení v rámci terapie
metodou Vojtovy reflexní lokomoce není pravým plazením, protože
opět hlavní práci vykonávají svaly končetin. Bipedální chůze člověka je
tedy umožněna prací svalů jeho dolních končetin. Vzhledem
ke skutečnosti, že člověk kráčí po dvou dolních končetinách se vzpřímeným
trupem, může svaly trupu a horních končetin využít pro lokomoci
pouze omezeně. Segmenty trupu a horních končetin se pohybují pouze
v otevřeném řetězci (viz 1.3.1) a k lokomoci přispívají pouze svojí setrvačností,
bez kontaktu s okolím ale nemohou svojí prací udělit celému
segmentovému systému těla kinetickou energii nutnou ke změně polohy
v prostoru. Mohou pouze udělit akceleraci jednotlivým segmentům, ale
podle zákona akce a reakce pak hybný moment udělený určitému segmentu
v jednom směru je z hlediska celku zrušen hybným momentem
ostatních segmentů ve směru opačném. Jiní savci, pohybující se kvadrupedálně,
mohou mnohem lépe využít práci svalů předních končetin
a trupu. Ty totiž pracují v uzavřeném řetězci a díky tomu, že mají
punctum fixum, mohou od tohoto pevného bodu celý segmentový systém
těla odtlačit nebo k němu přitáhnout.
Svaly dolních končetin pracují v oporné fázi v uzavřeném řetězci
a vykonávají v tomto případě hlavní práci. Síla svalů jako vnitřní síla
systému není v zásadě schopna sama vyvolat pohyb segmentového systému
v prostoru, je pouze schopna změnit vzájemné postavení segmentů.
Pohyb systému v prostoru, změnu jeho polohy, jsou schopny vyvolat
pouze vnější síly. K nim patří i reakční síla podložky, která vzniká jako
reakce na sílu svalů působících v uzavřeném řetězci segmentů sevřených
mezi podložku a těžiště. Vlastní síla svalů tedy vyvolává lokomoční pohyb
prostřednictvím reakční síly okolí. Ve fázi švihové svaly pracují podobně
jako svaly trupu a horních končetin v otevřeném řetězci a jejich
příspěvek spočívá opět pouze v udělení zrychlení volným segmentům.
Tím sice nepřispívají k udělení momentu hybnosti společnému těžišti
těla, ale ovlivňují např. frekvenci kroků, podílejí se významně
na rovnovážných reakcích atd. Svalové skupiny vykonávající skutečnou
lokomoční práci v uzavřeném řetězci při oporné fázi krokového cyklu,
jsou především plantární flexory v hlezenním kloubu. Plantární flexory
z hlediska celé dolní končetiny nohy působí extenzi ve smyslu jejího natažení
či napřímení, takže mají vlastně extenční funkci. To je také důvod,
proč bývají pojmy extenze a flexe v oblasti hlezenního kloubu zaměňovány
a je proto vhodnější používat pojmy plantární flexe a dorzální flexe
(viz 1.2).
Svaly lýtka jsou aktivní během období odrazu v druhé polovině oporné
fáze, extenzory kyčelního kloubu na začátku oporné fáze po dopadu paty
na podložku. Obě tyto skupiny pracují v uzavřeném řetězci a udělují
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
58
zrychlení společnému těžišti těla. Flexory kyčelního kloubu, které se
uplatňují na začátku švihové fáze při udělení zrychlení dolní končetině,
pracují v otevřeném řetězci. Udělují zrychlení pouze švihové dolní končetině,
z hlediska celého segmentového systému ke zvýšení kinetické
energie nepřispívají. Gage (1991) ale uvádí, že společné těžiště segmentového
systému těla získává kinetickou energii ze dvou hlavních zdrojů.
Prvním je setrvačnost švihové končetiny (ta ovšem získává svoji energii
ze zrychlení uděleného flexory hlezenního kloubu a kyčelního kloubu
této končetiny v předchozím období odrazu). Druhým zdrojem má být
údajně zrychlení, které udělují extenzory kyčelního kloubu nové oporné
dolní končetiny. Na obrázku, na který Gage odkazuje, se ovšem budoucí
švihová končetina nachází ještě v období odrazu, takže se uplatňuje tah
jejího m. triceps surae. Podle Gage zadní dolní končetina tělo tlačí (období
odrazu oporné fáze) a přední táhne (období ukončení švihu a začátek
oporné fáze). Gage dále cituje Wintra, podle kterého asi 85 % práce (sic!)
vykonávají lýtkové svaly, 15 % flexory kyčelního kloubu. Gage doplňuje,
že u dětí pouze 36 % „práce“ vykonávají svaly lýtka, 32 % extenzory
kyčelního kloubu, 22 % flexory kyčelního kloubu a 10 % extenzory kolenního
kloubu. Údaje uváděné tímto autorem je ovšem nutno chápat
pouze jako orientační, navíc s již výše uvedenými výhradami. Je také
jisté, že se podíl jednotlivých svalových skupin na celkové kinetické
energii bude měnit podle rychlosti lokomoce.
Funkce svalů zrychlujících nebo zpomalujících pohyb švihové dolní končetiny
je velmi důležitá. Pokud by švih končetiny probíhal pouze volným
kyvadlovým pohybem s neměnnou délkou kyvu a dobou jeho trvání,
nebylo by možné měnit frekvenci kroků a s ní rychlost chůze (viz dále).
Práce svalů uděluje (prostřednictvím reakční síly) těžišti těla určitou kinetickou
energii a vzhledem k poměrně vysoké poloze trupu nad podložkou
má společné těžiště těla i poměrně velkou energii potenciální. Ovšem
i tuto potenciální energii získalo díky aktivitě extenzorů pracujících
v uzavřeném řetězci (viz 1.3.1). Výška společného těžiště nad podložkou
se během krokového cyklu mění – nejvyšší je v období střední opory,
nejnižší ve fázi dvojí opory. V grafu mají křivky těchto dvou typů energie
průběh opačných sinusoid. V okamžiku, kdy má potenciální energie maximální
velikost, je energie kinetická na minimu a naopak. Tyto dva typy
energie se neustále mění jedna v druhou, ovšem každá změna je provázená
určitou ztrátou. Z hlediska energetické ekonomiky chůze je tedy žádoucí
co nejvíce omezit přeměny energie. Důležitým faktorem je omezení
změn výšky těžiště – to je možné díky rotaci pánve ve třech rovinách
a koordinovanými pohyby v kloubech kyčelních a kolenních. Pokud je
některý z těchto pohybů omezen či znemožněn, např. nemocí či úrazem,
vede to jednak ke zvýšení energetické náročnosti chůze a také
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
59
k přetěžování ostatních kloubů, ve kterých je kompenzačně pohyb naopak
zvýšen.
3.2.1 Hlezno a noha
Perry (1992) popisuje kinetiku krokového cyklu na úrovni nohy a hlezna
v sagitální rovině pomocí modelu tří kolébek či zhoupnutí („rockers“).
Tato tři zhoupnutí mají umožnit co nejplynulejší pohyb s minimální ztrátou
kinetické energie. Při dopadu paty na podložku totiž dochází
k prudkému přibrzdění (ne však zastavení) pohybu celého těla, jehož
těžiště získalo vysokou kinetickou energii díky sestupu ze své nejvyšší
polohy v období střední opory na druhostranné dolní končetině. Stejně
jako při jízdě auta či vlaku musí být každé přibrzdění zákonitě kompenzováno
novým rozjezdem. Obojí je přitom energeticky náročné a navíc
dochází k opotřebení součástek, v případě lidského těla především nosných
kloubů.
První zhoupnutí probíhá po dopadu paty na podložku přes kolébku zadního
okraje patní kosti. Přes něj v tomto období prochází vektor reakční síly
podložky a setrvačná síla tlačí plosku nohy k podložce. Tento pohyb je
brzděn excentrickou kontrakcí svalů, které sestupují k noze od přední
strany bérce. V období střední opory prochází vektor reakční síly podložky
před hlezenním kloubem, kolem kterého probíhá druhé zhoupnutí.
Noha je zatížením fixována k podložce a bérec se vzhledem k ní pohybuje
vpřed. Tento dorziflekční pohyb nohy je brzděn aktivitou plantárních
flexorů hlezenního kloubu, zpočátku především m. soleus, později i m.
gastrocnemius a dlouhého flexoru palce. S rostoucím momentem síly
těchto svalů se zcela zastaví dorziflexe v hlezenním kloubu a nastává třetí
zhoupnutí kolem kolébky hlaviček metatarzů (Perry, 1992). Bérec se
i nadále pohybuje vpřed, zvedá se pata a dříve excentrická kontrakce
svalů lýtka přechází v kontrakci koncentrickou. Svaly vykonávají pozitivní
práci, která musí nahradit ztrátu kinetické energie při zbrzdění během
prvních dvou zhoupnutí. Také je nutné nahradit ztráty vzniklé
při neelastické deformaci struktur pohybového systému. To je možné
pouze díky tomu, že pákový systém oporné dolní končetiny pracuje
v uzavřeném řetězci (viz 1.3.1), takže uděluje celému segmentovému
systému těla dopředné zrychlení. Na začátku švihové fáze je v hlezenním
kloubu asi 15 plantární flexe. Aktivitou svalů na přední ploše bérce noha
přechází uprostřed švihové fáze do asi 5 dorzální flexe.
Zároveň probíhají pohyby i v dalších rovinách, především frontální. Pronace
kalkaneu při dopadu paty je daná především zevním směřováním
vektoru reakční síly podložky. Je otázkou, nakolik se na ní prostřednictvím
pantového mechanizmu podílí i vnitřní rotace bérce (a femuru)
v tomto období.
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
60
Supinace zánoží v období střední opory je zřejmě prvotně způsobena
kladkovým mechanizmem plantární aponeurózy při počínající dorzální
flexi v I. metatarzofalangeálním kloubu. Dále se uplatní i m. triceps surae
svým supinační tahem. Stejně jako v případě pronace zánoží je otázkou,
zda prostřednictvím pantového mechanizmu vyvolá zevní rotace bérce
při extenzi kolene supinaci zánoží či naopak.
3.2.2 Kolenní kloub
Na začátku oporné fáze je koleno v téměř plné extenzi. Vektor reakční
síly podložky prochází středem nebo lehce za osou kolenního kloubu
a vyvolává tím flekční moment. Proti němu působí o něco menší moment
extenzorů pracujících v excentrické kontrakci, takže v období střední
opory je koleno ve zhruba 15 flexi. M. rectus femoris podle Gage (1991)
by neměl být aktivován, aby nebrzdil extenzi v kyčelním kloubu, která
v tomto období probíhá. Není ale důvod, proč by měl tento sval zůstat
inaktivní. Při dostatečné aktivitě extenzorů kyčle je část jejich práce využita
k brzdění flexe kolenního kloubu díky izometrické, resp. excentrické,
nikoliv však koncentrické, kontrakci m. rectus femoris. Schémata EMG
záznamů různých autorů se v tomto bodě liší – někteří zobrazují aktivitu
m. rectus femoris i na začátku fáze opory, jiné až v období před
a po odrazu a před dopadem.
Díky stabilizaci kolene aktivitou extenzorů mohou dvoukloubové flexory
kolenního kloubu (m. semitendinosus, m. semimebranosus a dlouhá hlava
m. biceps femoris) uplatnit svoji funkci jako extenzory kyčelního kloubu.
Právě počáteční flexe kolene brzděná aktivitou jeho extenzorů se podílí
na tlumícím mechanizmu během první poloviny fáze opory spolu
s plantární flexí hlezenního kloubu a supinací kalkaneu, které jsou také
brzděny excentrickou kontrakcí. Při tlumení nárazu hraje významnou roli
také vazivově-tuková vrstva pod patní kostí (viz 1.3.14)
V období střední opory prochází vektor reakční síly kolenním kloubem
a následně před ním, takže působí extenční moment. Tato extenze je limitována
zadním kloubním pouzdrem a zkříženými vazy a brzděna aktivitou
flexorů, takže za fyziologických podmínek nedojde k plné extenzi.
Aktivita hlavních flexorů kolene v druhé polovině fáze opory obvykle
není na EMG schématech znázorňována, nicméně je v tomto období výrazně
aktivní m. triceps surae, jehož část působí také jako pomocný flexor
kolenního kloubu. Ke konci oporné fáze (v období odrazu) se osa kolenního
kloubu dostává před vektor reakční síly podložky, takže vzniká
flekční moment. To způsobí asi 45 flexi v kolenním kloubu v okamžiku
odrazu nohy.
Wernick a Volpe (1996) připomínají, že podle Hickse jsou pohyby kolene
u člověka kráčejícího „svým vlastním přirozeným tempem a s určitou
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
61
frekvencí kroků“ zcela pasivní. Pokud chce člověk zrychlit frekvenci,
musí podobně jako u kyvadla hodin na začátku švihové fáze udělit dolní
končetině (kyvadlu) větší zrychlení a na konci ji naopak více přibrzdit.
Toto zrychlení udělí bérci m. rectus femoris, ischiokrurální svaly ho brzdí.
Právě tyto svaly se ve své aktivitě střídají v období středního švihu.
Rychlost chůze může být zvětšena pouze zvýšenou prací (výkonem)
flexorů kyčelního kloubu a flexorů kloubu hlezenního. M. rectus femoris
je při rychlé chůzi kontrahován spíše izometricky. Při tempu chůze pomalejším,
než je pro konkrétního člověka běžné, musí být flexe na začátku
švihové fáze podpořena prací m. gracilis, m. sartorius a krátké hlavy m.
biceps femoris. Zároveň na konci švihové fáze musí být extenze podpořena
aktivitou m. quadriceps femoris.
3.2.3 Kyčelní kloub
Na začátku oporné fáze je v kyčelním kloubu asi 35 flexe a vektor reakční
síly podložky směřující za osu kloubu vyvolává extenční moment.
Směr vektoru reakční síly podložky za osu kyčelního kloubu v okamžiku
kontaktu paty vyplývá ze schémat uváděných Vaughanem (Vaughan,
Davis & O´Connor, 1992). Naopak podle Gage (1991) směřuje vektor
reakční síly před osu kyčelního kloubu. To by ovšem paradoxně znamenalo
flekční moment. Směřování vektoru reakční síly podložky více vzad
odpovídá brzdění během první poloviny oporné fáze. Nicméně někteří
autoři udávají velmi krátké směřování vektoru vpřed těšně po dopadu
paty, kdy budoucí oporná dolní končetina ještě nenese plné zatížení.
Extenčně působí také setrvačná síla v těžišti těla, které se nachází v malé
pánvi přibližně v úrovni druhého sakrálního obratle, a dále koncentrická
kontrakce extenzorů kyčelního kloubu. Krátké i dlouhé extenzory kyčelního
kloubu jsou aktivní již na konci švihové fáze, takže při prvním kontaktu
paty může nízký vektor reakční síly na okamžik směřovat vertikálně
či dokonce šikmo vpřed. S rostoucím přenosem zatížení na novou opornou
dolní končetinu ale rychle rostoucí vektor mění směr šikmo vzad, což
odpovídá brzdnému období. Tato drobná počáteční protisměrná výchylka
je jedinou nepravidelností v jinak typickém dvoufázovém průběhu předozadní
složky reakční síly podložky (obr. 22). Dvoukloubové ischiokrurální
svaly mohou působit jako extenzory díky stabilizaci kolenního kloubu
aktivitou vastů (a zřejmě i přímého svalu). Tento pohyb do extenze
v kyčelním kloubu pokračuje po téměř celou opornou fázi krokového
cyklu.
Ke konci oporné fáze koncentrická kontrakce m. triceps surae a reakční
síla podložky tlačí koleno vpřed a do flexe, což způsobí i flexi v kyčelním
kloubu. Při rychlé chůzi m. rectus femoris zastaví flexi kolene
a tzv. přenosem tahu na flexi v kloubu kyčelním. Logicky se nabízejí
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
62
pro zastavení flexe kolene i mm. vasti, které ale nemohou přenést tah
flexe kolene na flexi kyčle. Jejich aktivita ostatně ani není ve schématech
EMG aktivity v tomto období znázorňována. Gage (1991) v této souvislosti
požívá pojem přenos energie, z biomechanického i obecně fyzikálního
hlediska je ale přijatelnější termín přenos tahu. M. iliopsoas se k této
flexi připojí až později, krátce před koncem fáze opory a na začátku švihové
fáze. Flexe v kyčelním kloubu pokračuje až do druhé poloviny švihové
fáze, kdy je zbrzděna aktivitou extenzorů kyčle, a velmi pomalu
klesá až do začátku fáze opory, kdy je opět zahájena rychlejší extenze.
V tabulce 10 je uvedena aktivita svalů nohy při chůzi tak, jak ji ve své
publikaci uvádějí Travell a Simons (1995) na základě výsledků EMG
studií různých autorů.
Podle Véleho (n.d.) pracují svaly nohy ve smyčkách a tak v oblasti nohy
vytvářejí třmenový mechanismus, který je stručně popsán v tabulce 11.
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.
63
Tabulka 10 Aktivita svalů nohy při (Travell & Simons, 1995)
Opora o patu – primární vrchol EMG aktivity
Odvíjení prstů – sekundární vrchol
m. tibialis
anterior
Švihová fáze – velké vrcholy
m. peron.
long.
Opora o celou plosku – stabilizace bérce (v souhře s m. tib. post)
m. peroneus
brevis
Opora o celou plosku – kontrola pohybu ze supinace do neutrální
(nulové) pozice, více aktivní u jedinců s plochonožím. Matuska,
studoval kontrolu lateromediální rovnováhy během chůze u 11
dospělých s normální nožní klenbou. Podle něj mm. peronei omezují
nadměrnou supinací chodidla tím, že omezují mediální inklinaci
bérce při chodidle fixovaném zatížením během oporné fáze
krokového cyklu.
Sutherland tvrdí, že plantární flexory včetně m. tibialis posterior
brzdí pohyb tibie nad chodidlem fixovaným zatížením během
oporné fáze a nepřímo přispívají ke stabilizaci kolenního kloubu.
Během opory o celou plosku brání everzi chodidla v neutrální
pozici, v časné fázi brzdí valgózního tah v hlezenním kloubu,
přenáší zatížení na hlavičky metatarzů, napomáhá změně vektoru
zatížení na laterální stranu chodidla (jsou zde silné plantární vazy),
je více aktivní u jedinců s plochonožím.
m. tibialis
posterior
Při odvíjení paty není aktivní, nejde o primární plantární flexor.
Jsou vedeny spory o tom, zda je hlavní funkcí m. tib. post. plantární
flexe nebo supinace: Duchenne ve svých elektrostimulačních
studiích zjistil, že tento sval velmi výrazně addukoval chodidlo,
ale když chodidlo provedlo plantární či dorzální flexi, vracelo se
do neutrální pozice velmi pomalu a slabě. Sutherland však tvrdí,
že m. tib. post. je potenciálně třetím nejsilnějším plantárním flexorem,
nicméně poskytuje pouze 6 % z celkového momentu.
Opora o celou plosku – stabilizace chodidla a hlezenního kloubu.
Odvíjení paty – m. flexor hall. long. více aktivní u plochonoží.
m. flexor
hall. long.
m. flexor
digit. long.
Odvíjení prstů – pomáhají udržovat rovnováhu.
Zajišťují flexibilitu potřebnou k absorpci otřesů a udržení rovnováhy
a současně ke stabilitě ve fázi odrazu.
Opora o patu – výraznější aktivita u plochonoží, zůstává až
do odrazu.
Odvíjení paty – stabilizace nohy v subtalárním a transverzálním
tarzálním kloubu.
povrchní
a hluboké
krátké svaly
nohy
Odvíjení prstů – mm. interossei umožňují přizpůsobení se změnám
v terénu.
Tabulka 11 Svalové smyčky dle Véleho
fibula – m. peroneus longus – I. metatarz, os cuneiforme – m. tibialis anterior – tibie
(zevní kondyl)
fibula – m. peroneus brevis – kalkaneus, kuboideum, naviculare (funkční celek svázaný
lig. bipartitum seu bifurcatum) – m. tibialis posterior – fibula, tibie
Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP.