ארגון יציבתי של התחלת הליכה לניתוח ביומכני באמצעות הקלטות פלטפורמת כוח

חניכת הליכה (GI), השלב החולף בין יציבה אורתוגרדיאלית לתנועה במצב יציב, היא משימה פונקציונלית ופרדיגמה ניסיונית המשמשת באופן קלאסי בספרות לחקר בקרת יציבה במהלך משימה מוטורית מורכבת הדורשת הנעה ויציבות בו זמנית של כל הגוף¹. חולים עם מצבים נוירולוגיים, כגון מחלת פרקינסון², שבץ^{מוחי 3}, שיתוק על-טבעי מתקדם⁴ ו”הפרעות הליכה ברמה גבוהה יותר”⁵, ידועים כמתקשים ליזום הליכה, החושפת אותם לסיכון מוגבר לנפילה. לכן חשוב למדעים בסיסיים וקליניים כאחד לפתח מושגים ושיטות כדי לקבל תובנה על מנגנוני בקרת היציבה במשחק במהלך חניכת הליכה, להשיג ידע מדעי והבנה טובה יותר של הפתופיזיולוגיה של הפרעות הליכה ואיזון ולהיות מסוגלים לתקן אותם באמצעות התערבויות נאותות.

הרעיון של ארגון ביומכני של התחלת הליכה מתואר להלן, והשיטה הקלאסית שנועדה לחקור ארגון זה מפורטת בסעיף הפרוטוקול. ניתן לחלק את מערכת העיכול לשלושה שלבים עוקבים: שלב “התאמות היציבה הצפויות” (APA) המתאים לתופעות הדינמיות המתרחשות בכל הגוף לפני הנפת העקב, שלב ה”פריקה” (בין העקב המתנדנד לבוהן כבויה), ושלב ה”נדנדה” שמסתיים בזמן שכף הרגל המתנדנדת יוצרת קשר עם משטח התמיכה. תת-חלוקה קלאסית זו של תהליך מערכת העיכול מקורה במחקרים החלוציים של Belenkii et ^al.6 ואחרים^7,8, המתמקדים בתיאום בין יציבה ותנועה במהלך הרמת זרוע רצונית לאופקית בתנוחה הזקופה. בפרדיגמה זו, מקטעי הגוף המעורבים ישירות בהרמת הזרוע תואמים את שרשרת ה”מוקד”, ואילו מקטעי הגוף המשולבים בין החלק הפרוקסימלי של שרשרת המוקד לבין משטח התמיכה תואמים את שרשרת “היציבה”⁹. מחברים אלה דיווחו כי להרמת הזרוע קדמו באופן שיטתי תופעות דינמיות ואלקטרומיוגרפיות בשרשרת היציבה, שאותן כינו “התאמות יציבה צפויות”. עבור GI, swing heel-off (או swing toe-off, בהתאם למחברים) נחשב כתחילת תנועת ההליכה¹⁰. כתוצאה מכך, התופעות הדינמיות המתרחשות לפני רגע זה תואמות את APA, ואת איבר הנדנדה נחשב מרכיב של שרשרת מוקד¹¹. הצהרה זו עולה בקנה אחד עם התפיסה הקלאסית של ארגון ביומכני תנועתי, לפיה כל פעולה מוטורית חייבת לערב מוקד ומרכיב יציבתי^12,13.

מנקודת מבט ביומכנית, APA הקשור ל- GI מתבטא בתזוזה לאחור ובינונית (רגל מתנדנדת מכוונת צד) של מרכז הלחץ, הפועלת להניע את מרכז הכובד בכיוון ההפוך – קדימה ולכיוון צד הרגל העמדה. ככל שמרכז תזוזת הלחץ לאחור הצפוי גדול יותר, כך ביצועי המנוע גבוהים יותר במונחים של מהירות מרכז הכובד הקדמי במגע כף הרגל^10,14. בנוסף, על ידי הנעת מרכז הכובד לכיוון צד הרגל העמדה, APA תורם לשמירה על יציבות בינונית במהלך שלב הנדנדה של GI 1,15,16,17. הספרות הנוכחית מדגישה כי שינוי בשליטה הצפויה הזו על היציבות הוא מקור מרכזי לנפילות אצל קשישים¹. יציבות במהלך מערכת העיכול כומתה בספרות עם התאמה של “מרווח היציבות”¹⁸, כמות שלוקחת בחשבון הן את המהירות והן את המיקום של מרכז הכובד בתוך בסיס התמיכה. בנוסף לפיתוח APA, דווח כי נפילת מרכז הכובד במהלך שלב הנדנדה של GI בהשפעת כוח הכבידה נבלמה באופן פעיל על ידי הטריפס סורה של רגל העמדה. בלימה אקטיבית זו מאפשרת שמירה על יציבות לאחר מגע כף הרגל, ומאפשרת נחיתת רגל חלקה על משטח התמיכה⁴.

מטרת מאמר זה היא לספק לחוקרים, קלינאים וסטודנטים להשכלה גבוהה מידע על החומר והשיטה שפותחו במעבדה שלנו כדי לחקור את הארגון היציב של מערכת העיכול באמצעות גישה ביומכנית. שיטה “גלובלית” זו (שניתן להטמיע אותה גם בשיטה “קינטית” מהסיבות שיפורטו להלן) יזמו ברנייר ומשתפי הפעולה^10,19. הוא מבוסס על העיקרון הישיר של המכניקה כדי לחשב הן את התאוצה של מרכז הכובד, כמו גם את המיקום המיידי של מרכז הלחץ. כל אחת מהנקודות הללו היא ביטוי גלובלי ספציפי לתנועה.

האחד הוא הביטוי המיידי של התנועות של כל מקטעי הגוף הקשורים למטרת התנועה (מרכז הכובד; למשל, מהירות ההתקדמות של הגוף במהלך GI); השני (מרכז הלחץ) הוא הביטוי של תנאי התמיכה הדרושים כדי להגיע למטרה זו. המיקומים המיידיים של שתי נקודות אלה משקפים את התנאים הפוסטורו-דינמיים שיש לספק להתחלת הליכה. פלטפורמת הכוח היא המכשיר המתאים למודל זה משום שהיא מאפשרת מדידה ישירה של הכוחות החיצוניים והרגעים הפועלים על המשטח התומך במהלך התנועה. זה גם מאפשר ביצוע של תנועות טבעיות ולא דורש הכנה מיוחדת.

גורמים רבים ידועים כמשפיעים על הארגון היציבתי של GI, כולל גורמים ביומכניים, (נוירו-פיזיולוגיים), פסיכולוגיים, סביבתיים וקוגניטיביים ^1,20. מאמר זה מתמקד בהשפעתם של שני גורמים – מהירות מערכת העיכול ולחץ טמפורלי – ומספק ערכים אופייניים המתקבלים אצל צעירים בריאים.