Effect of familiarization to treadmill walking on gait profile and walking distance in subjects with claudication

Wstęp
Chromanie przestankowe jest objawem charakterystycznym dla II stopnia miażdżycy tętnic kończyn dolnych (MTKD) wg Fonteine’a, charakteryzującego się wysiłkowym bólem mięśni, który zmusza chorego do zatrzymania się i ustępuje w trakcie odpoczynku [1–3]. Dolegliwość ta w znacznym stopniu ogranicza możliwości lokomocji, powoduje pogorszenie jakości życia i jest przyczyną niepełnosprawności. W praktyce klinicznej istotne znaczenie ma ocena dystansu (lub czasu marszu) pokonywanego bez bólu, a także maksymalnego dystansu (lub czasu) marszu, gdy dolegliwości bólowe mięśni kończyn dolnych osiągają nasilenie uniemożliwiające kontynuowanie wysiłku [4, 5].
Ocena możliwości lokomocyjnych chorego może być przeprowadzona podczas różnych testów. Coraz powszechniej stosowane są próby marszowe na bieżni o stałym i zmiennym obciążeniu [5–8], test marszu 6-minutowego [9, 10] oraz test wahadłowy [11]. Ocena możliwości chodu pacjenta z MTKD jest nie tylko istotna do celów diagnostycznych i decyzji co do dalszego postępowania leczniczego, ale także jest miernikiem skuteczności postępowania rehabilitacyjnego u pacjentów z chromaniem przestankowym [3, 5, 12]. W tej grupie chorych trening marszowy prowadzony na bieżni ruchomej stanowi, zgodnie z zaleceniami TASC II [12], integralną część leczenia zachowawczego, obok farmakoterapii i profilaktyki czynników ryzyka. Efektem takiego postępowania jest poprawa możliwości lokomocyjnych pacjenta, przekraczająca zazwyczaj 100% [13–15].
Sytuacja, w której to samo narzędzie badawcze jest stosowane na potrzeby treningu i do oceny jego efektów, jest niekorzystna ze względów metodologicznych i może wpłynąć na rzetelność wyników takiego protokołu. Z tego względu bardzo istotne znaczenie ma wcześniejsze zapoznanie chorego z techniką chodu na bieżni (familiarization). Według wiedzy autorów niniejszego opracowania dotychczas brak jest jednoznacznych danych dotyczących długości tego okresu u pacjentów z miażdżycą kończyn dolnych. Dlatego też celem pracy było określenie czasu, jaki pacjent z chromaniem przestankowym powinien chodzić na bieżni, zanim zostanie przeprowadzona ocena jego możliwości lokomocyjnych przy użyciu tego narzędzia badawczego.

Materiał i metody
Do badań zakwalifikowano 43 chorych na MTKD i z objawami chromania przestankowego w stopniu IIB wg Fontaine’a. Z badań wykluczono pacjentów niezdolnych do chodu na bieżni z prędkością 3,2 km/godz., a także z chorobami współistniejącymi stanowiącymi przeciwwskazania do tej formy wysiłku. Do badań nie zakwalifikowano również chorych ze zmianami reumatycznymi o charakterze zwyrodnieniowym i zapalnym stawów kończyn dolnych i kręgosłupa oraz problemami ortopedycznymi mającymi wpływ na ograniczenie zakresu ruchu w stawach kończyn dolnych i możliwości lokomocyjnych. Wykluczeni zostali również chorzy na cukrzycę ze względu na obecność neuropatii obwodowej i ryzyko powikłań stopy cukrzycowej. Następnie pacjentów podzielono na 2 grupy. Do grupy I zakwalifikowano chorych z dystansem marszu do 100 m (n = 17), a do grupy II z dystansem marszu powyżej 100 m (n = 26). Podziału dokonano na podstawie wcześniejszej oceny możliwości funkcjonalnych badanych. Żaden z zakwalifikowanych pacjentów nie chodził wcześniej na bieżni. Charakterystykę badanych przedstawiono w tabeli 1.
Wszystkich pacjentów badano na bieżni ruchomej (Gait Trainer, Biodex). W grupie II oceniano wybrane biomechaniczne parametry chodu. Chorzy poddani zostali 5-krotnemu interwałowemu wysiłkowi marszowemu na bieżni. Czas każdego marszu wyniósł 2 min (przy prędkości 3,2 km/godz., 0% nachylenia). Parametry te wybrano zgodnie z powszechnie stosowanymi próbami wysiłkowymi w tej grupie chorych [5]. Odpoczynek pomiędzy kolejnymi wysiłkami trwał 5 min. Podczas każdego marszu rejestrowano w sposób ciągły długość kroków, częstotliwość kroków oraz ich regularność (CV) (Biodex – patient data collection software), a także częstość skurczów serca (HR) mierzoną telemetrycznie (Polar Hart Rate Monitor).
W grupie I pacjenci również poddani zostali 5-krotnemu interwałowemu wysiłkowi na bieżni (przy prędkości 3,2 km/godz., 0% nachylenia), z tym, że wysiłek przerywano w chwili pojawienia się bólu. Oceniano dystans pojawienia się chromania (DPC). Odpoczynek pomiędzy kolejnymi wysiłkami był zależny od tempa ustępowania dolegliwości bólowych i trwał średnio ok. 5 min. Celowy dobór do grupy I chorych o krótkim dystansie marszu zapewniał, że kolejne wysiłki nie przekroczą 2 min, co umożliwi porównanie charakteru ewentualnych zmian biomechaniki chodu badanych w grupie II z potencjalnymi zmianami DPC ocenianego w grupie I. Pacjenci z obu grup byli instruowani, aby nie wspierać się na poręczach podczas marszu [16]. Dozwolono jedynie lekkie oparcie rąk w celu zapewnienia równowagi. Badania zostały zaakceptowane przez komisję bioetyczną.

Analiza statystyczna
Dane uzyskane w trakcie powtarzalnych wysiłków wyrażono w postaci średniej i odchylenia standardowego. W celu określenia różnic pomiędzy zmiennymi zależnymi użyto analizy ANOVA z powtarzanymi pomiarami. Okres zmian adaptacyjnych uznawano za zakończony, gdy nie stwierdzano istotnych statystycznie różnic pomiędzy zmiennymi zależnymi w powtarzalnych pomiarach (p > 0,05).

Wyniki
Podczas kolejnych trzech 2-minutowych marszów na bieżni, w grupie II obserwowano istotne statystycznie różnice w zakresie długości i częstotliwości kroków, a także regularności kroków (p < 0,05). W tym okresie stwierdzono 15-procentowy wzrost długości kroku oraz 13-procentowy spadek częstotliwości. Zanotowano również znaczną poprawę regularności kroków w postaci 50-procentowego zmniejszenia współczynnika ich zmienności (CV) (tab. 2.). Po tym czasie kolejne 2 próby nie przyniosły już istotnych statystycznie różnic w zakresie analizowanych parametrów chodu (p > 0,05). Zmianom w zakresie biomechaniki marszu towarzyszyło istotne statystycznie zmniejszenie maksymalnych wartości HR (17,8%) uzyskiwanych w kolejnych próbach (tab. 2.). W grupie I zaobserwowano natomiast 55-procentowy wzrost DPC w trakcie kolejnych czterech marszów (p < 0,05). Kolejna, piąta próba nie spowodowała istotnych zmian w tym zakresie (p > 0,05) (ryc. 1.).

Omówienie wyników
Przeprowadzone badania wskazują, że u pacjentów z chromaniem przestankowym podczas pierwszych 6 min marszu na bieżni zachodzą zmiany w biomechanice chodu i HR.
Chód na bieżni nie jest naturalną formą poruszania się człowieka, a różnice w biomechanice marszu na bieżni i w środowisku naturalnym były wielokrotnie wykazywane [17–20]. Ocena możliwości lokomocyjnych przy użyciu tego narzędzia wymaga zatem wcześniejszego zaznajomienia się ze sposobem chodu na bieżni. Okres ten zwykle określany jest jako czas, kiedy różnice pomiędzy powtarzalnymi pomiarami określonych parametrów przestają być istotne statystycznie [21, 22]. Wyniki badań własnych pozostają w zgodzie z prezentowanymi w pracach dotyczących populacji ludzi zdrowych. Lawcanska i wsp. [23] wskazują, że zmiany w biomechanice chodu zachodzą podczas pierwszych 6 min biegu na bieżni. W tym czasie obserwowano stabilizację kinematycznych parametrów ruchu kątowego miednicy, biodra, kolana, stawu skokowego, a także częstotliwości i długości kroku. Kolejne minuty spędzone na bieżni nie prowadziły już do istotnych zmian ocenianych parametrów. Również Matsas i wsp. [21] potwierdzają, że podczas pierwszych 6 min marszu zmienia się kątowy zakres pracy stawu kolanowego, a także zauważana jest w tym czasie większa częstotliwość i mniejsza długość kroków w porównaniu z chodem w środowisku naturalnym. W badaniach własnych zaobserwowano w tym samym czasie zwiększenie długości i zmniejszenie częstotliwości kroków, a także poprawę ich regularności. Zmiany te niewątpliwie są zmianami adaptacyjnymi i świadczą o opanowaniu przez chorego techniki marszu na bieżni. Jest to tzw. efekt uczenia się (learning effect). Zmianom w biomechanice chodu towarzyszyło zmniejszenie maksymalnych wartości HR obserwowanych podczas kolejnych 2-minutowych marszów. Istotne statystycznie zmiany były widoczne w trakcie pierwszych 6 min marszu. Zmniejszenie HR może świadczyć zarówno o poprawie ekonomii chodu związanej prawdopodobnie ze zmianą biomechaniki chodu, jak i może być wynikiem zmniejszenia stresu związanego z samym badaniem, zwłaszcza że obserwowane wartości HR podczas wysiłku były małe i w takim zakresie obarczone są znacznym wpływem czynników natury niemetabolicznej. Niemniej jednak oba mechanizmy wskazują na zachodzenie zmian o charakterze adaptacyjnym w kolejnych minutach marszu. Można również stwierdzić, że zmianom o charakterze adaptacyjnym, obserwowanym w grupie II, towarzyszyło stopniowo zwiększenie dystansu marszu ocenianego w grupie I, gdzie w kolejnych 4 próbach zanotowano 55-procentowe zwiększenie DPC. Pacjenci przebyli średnio w tym czasie łączny dystans 258 m (ryc. 1.), co przy prędkości 3,2 km/godz. zajęło ok. 5 min. Kolejna, piąta próba nie spowodowała już istotnych zmian ocenianego parametru. W obu grupach otrzymano więc wyniki bardzo zbliżone, jednakże ze względu na różnice w czasie trwania wysiłków pomiędzy grupami nie było możliwe skorelowanie otrzymanych wartości.
Podczas zapoznawania pacjenta z chodem na bieżni istotną kwestią może wydawać się dobór odpowiedniej prędkości. Prędkość komfortowa wydaje się tu być optymalną i była ona często stosowana przy określaniu wzorca chodu u pacjentów z chromaniem przestankowym [24–27]. W badaniach własnych zastosowano prędkość 3,2 km/godz. i 0% nachylenia bieżni, gdyż są to parametry wyjściowe dla stopniowanych prób wg protokołów Gardnera i Hiatta [5], zalecanych w tej grupie chorych. Nauka chodu z tą prędkością mogłaby więc stanowić lepsze przygotowanie do takiego testu. Możliwe jest również, że dobór prędkości w tym przedziale nie ma większego znaczenia dla właściwego zapoznania się pacjenta z marszem na bieżni. Badania przeprowadzone przez Taylora i wsp. [28] wydają się potwierdzać to stanowisko. Autorzy pracy oceniali zmiany w amplitudzie ruchów kątowych kręgosłupa lędźwiowego i miednicy podczas marszu na bieżni i stwierdzili, że zmiany analizowanych parametrów zachodzą tylko podczas pierwszych 4 min marszu i – co istotne – czas ten jest niezależny od prędkości chodu.
Podczas gdy okres zapoznawania się chorego ze sposobem poruszania się na bieżni (familiarization) jest definiowany jako proces szybkiego przystosowania się, wskazuje się także na istnienie bardziej odległych zmian adaptacyjnych określanych jako przyzwyczajenie się, wytworzenie umiejętności (habituation). Schieb [29] zauważył, że podczas gdy 8-minutowa sesja treningowa wystarcza do zapoznania się ze sposobem biegu na bieżni, to o wytworzeniu umiejętności można mówić dopiero po trzech 15-minutowych sesjach. W badaniach własnych nie analizowano odległych zmian adaptacyjnych, chociaż prawdopodobnie występują one również podczas treningu na bieżni pacjentów z chromaniem przestankowym. Gardner i wsp. [24], oceniając wzorzec chodu w tej grupie chorych wskazują, że obserwowana we wcześniejszych badaniach poprawa ekonomii chodu [30] w toku treningu marszowego na bieżni może być m.in. związana z poprawą zaburzonej biomechaniki. Sugeruje tym samym, że zmiany w biomechanice chodu mogą być jednym z potencjalnych mechanizmów wzrostu dystansu marszu. W aspekcie oceny tego mechanizmu poświęcenie odpowiednio długiego czasu na zapoznanie się z techniką chodu na bieżni pacjenta z chromaniem przestankowym przed rozpoczęciem treningu i oceną jego efektów wydaje się szczególnie istotne. Brak jest jednak precyzyjnych informacji dotyczących czasu, jaki powinien być przeznaczony do tego celu. Często podaje się, że zastosowano dodatkową próbę marszową, a dopiero wyniki kolejnej były wykorzystane do porównania z wynikami końcowymi treningu w celu określenia jego skuteczności [31–33]. Nasuwa się pytanie, czy postępowanie takie jest wystarczające? Opierając się na wynikach badań własnych, można stwierdzić, że jedna próba marszowa o stałym obciążeniu (prędkość 3,2 km/godz., 0% nachylenia) może być uznana za wystarczającą do zapoznania się ze sposobem chodu na bieżni tylko w przypadku chorych o dystansie marszu powyżej 320 m, gdyż taki odcinek drogi pokonywany jest w ciągu 6 min przy prędkości 3,2 km/godz. Zastosowanie prób o stopniowanym obciążeniu (ze wzrastającym kątem nachylenia bieżni) dodatkowo skraca czas marszu chorego w związku ze wzrostem intensywności wysiłku. Zwiększa się w ten sposób ryzyko pojawienia się czynnika, jakim jest niewystarczające zapoznanie się chorego z charakterem chodu na bieżni (insufficient familiarization), zwłaszcza w sytuacji, gdy stosowana jest tylko jedna próba. Stan taki może w istotny sposób wpłynąć na prezentowane wyniki poprawy dystansu marszu obserwowanej podczas treningu pacjentów z chromaniem przestankowym. W pracy Gardnera i wsp. [34] poprawa dystansu pojawienia się chromania ocenianego na bieżni ruchomej po 6 mies. treningu na bieżni wyniosła 119% (ze 160 m na 351 m), podczas gdy zwiększenie tego parametru oceniane testem marszu 6-minutowego tylko 38% (ze 142 m na 195 m). Podobnie w późniejszej pracy Gardnera i wsp. [10] po 6 mies. treningu na bieżni zaobserwowano zwiększenie dystansu pojawienia się chromania w wysokości 109% dla pomiaru wykonywanego na bieżni, podczas gdy ocena testem marszu 6-minutowego wykazała zaledwie 29% poprawy. Istnieje zatem duża dysproporcja w przyroście dystansu marszu pomiędzy omawianymi testami. Być może właśnie czynnik, jakim są zmiany o charakterze adaptacyjnym zachodzące w pierwszych minutach marszu na bieżni, stanowi częściowo przyczynę tak dużych różnic. Biorąc pod uwagę fakt, że poruszanie się na bieżni nie jest naturalną formą ruchu człowieka, a także występowanie czynników, które mogą istotnie wpłynąć na prawidłową ocenę dystansu marszu na bieżni, można zastanawiać się, czy to narzędzie badawcze, niewątpliwie wygodne w użyciu, jest najodpowiedniejszą formą oceny możliwości lokomocyjnych pacjenta z chromaniem przestankowym, np. w stosunku do bardziej naturalnej formy ruchu, jaką jest test marszu 6-minutowego [9, 10].
Podsumowując, autorzy niniejszego opracowania stwierdzają, że ocena dystansu marszu prowadzona na bieżni u pacjentów z chromaniem przestankowym powinna być wykonywana po wcześniejszym zapoznaniu chorego ze specyfiką tej formy ruchu, a okres adaptacyjny nie powinien być krótszy niż 6 min. W przyszłości wskazane byłoby również poszerzenie badań o próbę zróżnicowania czasu, jaki powinien być poświęcony na zapoznanie chorego z techniką marszu na bieżni w zależności od jego wieku i stopnia zaawansowania choroby.

Podziękowania i oświadczenia
Badania finansowane ze środków MNiSW; projekt Nr N N404 026035.
Autorzy dziękują firmie Technomex za wypożyczenie sprzętu badawczego.

Piśmiennictwo
1. Weitz JI, Byrne J, Clagett GP, et al. Diagnosis and treatment of chronic arterial insufficiency of the lower extremities: a critical review. Circulation 1996; 94: 3026-49.
2. Management of peripheral arterial disease (PAD). TransAtlantic Inter-Society Consensus (TASC). Section B: intermittend claudication. Eur J Vasc Endovasc Surg 2000; 19 (suppl A): S47-S114.
3. Brzostek T, Mika P, Bromboszcz J. Miażdżyca tętnic kończyn dolnych – patofizjologia, klinika, leczenie i rehabilitacja. Rehabilitacja 2004; 8: 38-50.
4. Bulmer AC, Coombes JS. Optimising exercise training in peripheral arterial disease. Sports Med 2004; 34: 983-1003.
5. Hiatt WR, Hirsch AT, Regensteiner JG, Brass EP. Clinical trials for claudication. Assessment of exercise performance, functional status, and clinical end points. Circulation 1995; 92: 614-21.
6. Sutkowska E, Dąbrowska G, Dziubek V i wsp. Próba wysiłkowa na bieżni w ocenianiu wydolności marszowej pacjentów z przewlekłym niedokrwieniem kończyn dolnych. Pol Arch Med Wewn 2001; 6: 525-31.
7. Dong G, Porter RW. Walking and cycling tests in neurogenic and intermittent claudication. Spine 1989; 14: 965-9.
8. Gardner AW, Skinner JS, Cantwell BW, Smith LK. Progressive vs. single-stage treadmill tests for evaluation of claudication. Med Sci Sports Exerc 1991; 23: 402-8.
9. Montgomery PS, Gardner AW. The clinical utility of a six-minute walk test in peripheral arterial occlusive disease patients. J Am Geriatr Soc 1998; 46: 706-11.
10. Gardner AW, Montgomery PS, Flinn WR, Katzel LI. The effect of exercise intensity on the response to exercise rehabilitation in patients with intermittent claudication. J Vasc Surg 2005; 42: 702-9.
11. Zwierska I, Nawaz S, Walker RD, et al. Treadmill versus shuttle walk tests of walking ability in intermittent claudication. Med Sci Sports Exerc 2004; 36: 1835-40.
12. Norgren L, Hiatt WR, Dormandy JA, et al. Inter-Society Consensus for the Management of Peripheral Arterial Disease (TASC II). Eur J Vasc Endovasc Surg 2007; 33 (suppl 1): S1-70.
13. Gardner AW, Poehlman ET. Exercise rehabilitation programs for the treatment of claudication pain. A meta-analysis. JAMA 1995; 274: 975-80.
14. Watson L, Ellis B, Leng GC. Exercise for intermittent claudication (Review). The Cochrane Collaboration. 4th issue. John Wiley & Sons, Cochrane Library 2008; 1-51.
15. Mika P, Spodaryk K, Cencora A, Mika A. Red blood cell deformability in patient with claudication after pain-free treadmill training. Clin J Sport Med 2006; 16: 335-40.
16. Gardner AW, Skinner JS, Smith KL. Effects of handrail support on claudication and hemodynamic responses to single-stage and progressive treadmill protocols in peripheral vascular occlusive disease. Am J Cardiol 1991; 68: 99-105.
17. Nigg BM, De Boer RW, Fisher V. A kinematic comparison of overground and treadmill running. Med Sci Sports Exerc 1995; 27: 98-105.
18. Peebles KC, Woodman-Aldridge AD, Skinner MA. The physiological cost index in elderly subjects during treadmill and floor walking. N Zeal J Physiother 2003; 31: 11-6.
19. Wank V, Frick U, Schmidtbleicher D. Kinematics and electromyography of lower limb muscles in overground and treadmill running. Int J Sports Med 1998; 19: 455-61.
20. Murray MP, Spurr GB, Sepic SB, et al. Treadmill vs. floor walking: kinematics, electromyogram, and heart rate. J Appl Physiol 1985; 59: 87-91.
21. Matsas A, Taylor N, McBurney H. Knee joint kinematics from familiarized treadmill walking can be generalized to overground walking in young unimpaired subjects. Gait Posture 2000; 11: 46-53.
22. White SC, Gilchrist LA, Christina KA. Within-day accommodation effects on vertical reaction forces for treadmill running. J Appl Biomech 2002; 18: 74-82.
23. Lavcanska V, Taylor NF, Schache AG. Familiarization to treadmill running in young unimpaired adults. Hum Mov Sci 2005; 24: 544-57.
24. Gardner AW, Forrester L, Smith GV. Altered gait profile in subjects with peripheral arterial disease. Vasc Med 2001; 6: 31-4.
25. Scherer SA, Hiatt WR, Regensteiner JG. Lack of relationship between gait parameters and physical function in peripheral arterial disease. J Vasc Surg 2006; 44: 782-8.
26. Crowther RG, Spinks WL, Leicht AS, et al. Effects of a long-term exercise program on lower limb mobility, physiological responses, walking performance, and physical activity levels in patients with peripheral arterial disease. J Vasc Surg 2008; 47: 303-9.
27. McCully K, Leiper C, Sanders T, Griffin E. The effect of peripheral vascular disease on gait. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 1999; 54: B291-4.
28. Taylor NF, Evans OM, Goldie PA. Angular movements of the lumbar spine and pelvis can be reliably measured after 4 minutes of treadmill walking. Clin Biomech (Bristol, Avon) 1996; 11: 484-6.
29. Schieb DA. Kinematic accomodation of novice treadmill runners. Res Quart Exerc Sports 1986; 57: 1-7
30. Womack CJ, Sieminski DJ, Katzel LI, et al. Improved walking economy in patients with peripheral arterial occlusive disease. Med Sci Sports Exerc 1997; 29: 1286-90.
31. Regensteiner JG, Meyer TJ, Krupski WC, et al. Hospital vs. home-based exercise rehabilitation for patients with peripheral arterial occlusive disease. Angiology 1997; 48: 291-300.
32. Hiatt WR, Wolfel EE, Meier RH, Regensteiner JG. Superiority of treadmill walking exercise versus strength training for patients with peripheral arterial disease. Circulation 1994; 90: 1866-74.
33. Regensteiner JG, Steiner JF, Hiatt WR. Exercise training improves functional status in patients with peripheral arterial disease. J Vasc Surg 1996; 23: 104-15.
34. Gardner AW, Killewich LA, Montgomery PS, Katzel LI. Response to exercise rehabilitation in smoking and nonsmoking patients with intermittent claudication. J Vasc Surg 2004; 39: 531-8.