Foot loading in normal and pathological walking

Abstract

Perusteellinen kävely- ja kuormitusanalyysi on usein tarpeellinen jalkaongelmissa, jotta mahdollinen tukien ja ortoosien valinta sekä alaraajoihin kohdistuvien leikkausten jälkeinen kuntoutus pystytään suorittamaan parhaalla mahdollisella tavalla, toteaa Jarmo Perttunen väitöstutkimuksessaan. Kävelijä tuottaa tukivaiheen aikana alustaan voimia pysty- ja vaakasuunnassa, joita on perinteisesti mitattu voimalevyantureilla. Ne eivät pysty yksistään erottelemaan kuormitusta jalkapohjan eri osien välillä riittävän täsmällisesti. Kiinnostus selvittää kuormitus tarkasti on johtanut kehityksen alkeellisista jalkapohjan mustekuvista hyvin pieniin kengän sisälle asetettaviin mittausantureihin. Perttusen tutkimuksessa selvitettiin kävelyn biomekaniikkaa eri potilasryhmillä ja terveillä verrokeilla. Kaikkiaan 70 koehenkilöä osallistui viiteen poikkileikkaus- ja kahteen seurantatutkimukseen. Tutkimussarjassa keskityttiin erityisesti jalkapohjan kuormituksen ja hermolihasjärjestelmän väliseen vuorovaikutukseen luonnollisissa kävelyolosuhteissa. Jalkapohjan eri osille kohdistuvaa kuormitusta rekisteröitiin erillisillä kenkiin sijoitettavilla painepohjallisilla. Telemetrinen mittaus mahdollisti tiedonkeruun aloittamisen missä tahansa kävelyn aikana ja siksi mittaustilanteessa pystyttiin taltioimaan useita peräkkäisiä askelkontakteja kummastakin jalasta eri kävelynopeuksilla. Tutkimuksessa käytetty paineenmittausjärjestelmällä (Paromed-System) saatua tietoa täydennettiin muilla hermolihasjärjestelmän toimintaa ja liikkumiskykyä kuvaavilla tutkimusmenetelmillä kuten elektromyografialla ja voimalevyantureilla. Saatu aineisto käsiteltiin BMVM -järjestelmällä (Biomechnical Visualisation and Modelling), joka on Jyväskylän yliopiston liikuntabiologian laitoksella kehitetty tutkimuksissa syntyvän tiedon keruu- ja analyysijärjestelmä. Järjestelmän avulla pystytään tulosten matemaattisen laskennan lisäksi toistamaan rekisteröidyt ilmiöt animaationa, joka lisää kävelyn mekanismien ymmärrystä. Liikesuorituksen visualisoinnissa yhdistettiin useita eri biosignaaleja (painepohjalliset, elektromyografia, voimalevyanturit jne.). Kävelyanalyysien lisäksi mitattiin polven isometrinen ojennusvoima ja alaraajojen luuntiheys. Tutkimuksessa käytetty jalkapohjan kuormitukseen mittaamiseen tarkoitettu laitteisto osoittautui erittäin luotettavaksi kävelyn tutkimisessa. Suurimmat jalkapohjan paineet kohdistuivat kantapään ja päkiän alle sekä terveillä koehenkilöillä että eri potilasryhmillä. Terveillä koehenkilöillä kävely oli hyvin symmetristä eri kävelynopeuksilla ja jalkapohjan kuormitus siirtyi enemmän päkiän ulkoreunalle kävelynopeuden kasvaessa. Terveiden koehenkilöiden tulokset olivat jokseenkin yhteneviä tämänhetkisen paineenjakaantumisesta koskevan käsityksen kanssa. Potilasryhmät erosivat kuitenkin selvästi terveiden koehenkilöiden jalkapohjan kuormitus- ja alaraajalihasten aktivaatiomalleista. Vaikeat säärimurtumat ja laajat säären pehmytkudosvammat korjataan nykyisin mikrokirurgisella leikkaustekniikalla. Korjausleikkausten jälkeen kuormitus jalkapohjassa siirtyi enemmän päkiän ulkoreunalle. Kävelynopeus onkin aina vakioitava kliinisissä tutkimuksissa erilaisten kuormitusmallien vuoksi. Perttunen totesi hoitamattoman alaraajan pituuseron johtavan epäsymmetriseen kävelyyn. Se voi olla myös syynä esim. selän kiputiloihin ja alaraajojen isojen nivelten ennenaikaiseen nivelrikkoon. Ennen alaraajaan kohdistuvaa korjausleikkausta kuormituksen jakautuminen jalkapohjassa ja alaraajalihasten aktivaatiomallit poikkesivat olennaisesti jalkojen välillä kaikilla koehenkilöillä. Alaraajojen pituuserojen korjausleikkaukset (epifysiodeesi ja reisiluunpidennysleikkaus) paransivat huomattavasti ennen leikkausta todettua epäsymmetristä kävelyä. Molemmissa leikkausryhmissä isometrinen polven ojennusvoima pieneni merkitsevästi leikatussa raajassa välittömästi leikkauksen jälkeen. Jalkojen välinen puoliero hävisi vuoden seurannan aikana epifysiodeesiryhmässä, mutta pidennysryhmän potilailla oli vielä havaittavissa eroja jalkojen voimissa vuosi leikkauksen jälkeen. Jalkoihin kohdistuvat korjausleikkaukset vaativatkin tehokkaan ja pitkällisen kuntoutuksen. Yhdessä osatutkimuksessa käytettiin kansallisen tason kolmiloikkaajia, joiden jalkapohjaan kohdistuvia paineita mitattiin kävelyn lisäksi myös kolmiloikkasuorituksen aikana. Kolmiloikan katsotaan edustavan yleisesti äärimmäistä jalkojen luihin ja lihaksiin kohdistuvaa kuormitusta. Näissä mittauksissa saatiin erittäin suuria kuormitusarvoja, joita voidaan käyttää viitearvoina muihin ryhmiin nähden. Erityisen mielenkiintoinen oli tulos, jonka mukaan hyppääjien alaraajojen luun tiheys oli huomattavasti suurempi kuin muiden vertailuryhmien.

The present series of studies was designed to study the interaction between foot loading patterns and neuromusculoskeletal adaptation during normal and pathological walking. The behaviour of the foot was examined in healthy subjects and different groups of patients. In order to know how surgical intervention affected the ability to walk, foot loading patterns and neuromusculoskeletal function was studied before and after corrective surgery. Special emphasis was laid on understanding the benefits of corrective surgery.