Postural organisering af ganginitiering til biomekanisk analyse ved hjælp af kraftplatformsoptagelser

Ganginitiering (GI), den forbigående fase mellem orthograde kropsholdning og steady-state bevægelse, er en funktionel opgave og et eksperimentelt paradigme, der klassisk anvendes i litteraturen til at undersøge postural kontrol under en kompleks motorisk opgave, der kræver samtidig helkropsfremdrivning og stabilitet¹. Patienter med neurologiske tilstande, såsom Parkinsons sygdom², slagtilfælde³, progressiv supranukleær parese⁴ og “højere niveau ganglidelser”⁵, er kendt for at have svært ved at starte gang, hvilket udsætter dem for en øget risiko for at falde. Det er derfor vigtigt for både grund- og kliniske videnskaber at udvikle begreber og metoder til at få indsigt i de posturale kontrolmekanismer, der er i spil under ganginitiering, at opnå videnskabelig viden og en bedre forståelse af patofysiologien af gang- og balanceforstyrrelser og være i stand til at afhjælpe dem gennem passende interventioner.

Begrebet biomekanisk organisering af ganginitiering er beskrevet nedenfor, og den klassiske metode designet til at undersøge denne organisation er beskrevet i protokolafsnittet. GI kan opdeles i tre på hinanden følgende faser: den “foregribende posturale justeringer” (APA) fase svarende til de dynamiske fænomener, der forekommer i hele kroppen før svinghælen, “losningsfasen” (mellem svinghæl og tå-off) og “swing” -fasen, der slutter på tidspunktet for svingfoden, der kontakter støttefladen. Denne klassiske underopdeling af GI-processen stammer fra de banebrydende undersøgelser af Belenkii et ^al.6 og andre ^7,8, der fokuserer på koordineringen mellem kropsholdning og bevægelse under frivillig armhævning til vandret i den oprejste kropsholdning. I dette paradigme svarer de kropssegmenter, der er direkte involveret i armhævningen, til den “fokale” kæde, mens de kropssegmenter, der er indskudt mellem den proksimale del af fokuskæden og støttefladen, svarer til den “posturale” kæde⁹. Disse forfattere rapporterede, at hævning af armen systematisk blev forud for dynamiske og elektromyografiske fænomener i posturalkæden, som de kaldte “foregribende posturale justeringer”. For GI betragtes swing heel-off (eller swing toe-off, afhængigt af forfatterne) som begyndelsen på gangbevægelse¹⁰. Følgelig svarer de dynamiske fænomener, der forekommer før dette øjeblik, til APA, og svinglemmen anses for at være en komponent i fokuskæden¹¹. Denne erklæring er i overensstemmelse med den klassiske opfattelse af bevægelse biomekanisk organisation, ifølge hvilken enhver motorisk handling skal involvere et fokus og en postural komponent^12,13.

Fra et biomekanisk synspunkt manifesterer APA forbundet med GI sig som en bagudvendt og middelmådig (svingbenssideorienteret) forskydning af trykcentret, som virker til at drive tyngdepunktet i den modsatte retning – fremad og mod holdningsbensiden. Jo større det foregribende bagudrettede centrum for trykforskydning er, desto højere er motorydelsen med hensyn til det fremadrettede tyngdepunkt ved fodkontakt^10,14. Ved at drive tyngdepunktet mod holdningsbensiden bidrager APA desuden til at opretholde middelmådig stabilitet i svingfasen af GI 1,15,16,17. Den nuværende litteratur understreger, at ændringer i denne foregribende kontrol af stabilitet er en vigtig kilde til fald hos ældre¹. Stabilitet under GI er blevet kvantificeret i litteraturen med en tilpasning af “stabilitetsmargenen”¹⁸, en mængde, der tager højde for både hastigheden og positionen af tyngdepunktet inden for støttebasen. Ud over udviklingen af APA er faldet af tyngdepunktet under svingfasen af GI under tyngdekraften rapporteret at blive aktivt bremset af triceps surae af holdningsbenet. Denne aktive bremsning letter stabilitetsvedligeholdelse efter fodkontakt, hvilket muliggør en jævn fodlanding på støttefladen⁴.

Målet med dette papir er at give lærde, klinikere og studerende på videregående uddannelser information om materialet og metoden, der er udviklet i vores laboratorium for at undersøge den posturale organisering af GI via en biomekanisk tilgang. Denne “globale” metode (som også kan sidestilles med en “kinetisk” metode af de grunde, der er beskrevet nedenfor) blev initieret af Brenière og samarbejdspartnere^10,19. Det er baseret på det direkte princip om mekanik til beregning af både accelerationen af tyngdepunktet såvel som de øjeblikkelige positioner af trykcentret. Hvert af disse punkter er et globalt udtryk, der er specifikt for bevægelsen.

Den ene er det øjeblikkelige udtryk for bevægelserne af alle kropssegmenter relateret til bevægelsens formål (tyngdepunktet; fx kroppens progressionshastighed under GI); den anden (trykcentret) er udtryk for de støttebetingelser, der er nødvendige for at nå dette mål. De øjeblikkelige positioner af disse to punkter afspejler de posturo-dynamiske betingelser, der skal opfyldes for ganginitiering. Kraftplatformen er det passende instrument til denne model, fordi den tillader direkte måling af de eksterne kræfter og øjeblikke, der virker på understøtningsoverfladen under bevægelse. Det tillader også udførelse af naturlige bevægelser og kræver ingen særlig forberedelse.

Mange faktorer er kendt for at påvirke den posturale organisering af GI, herunder biomekaniske, (neuro) fysiologiske, psykologiske, miljømæssige og kognitive faktorer ^1,20. Dette papir fokuserer på indflydelsen af to faktorer – hastighed af GI og tidsmæssigt tryk – og giver typiske værdier opnået hos raske unge voksne.