Biomechanický pohled na riziko pádu seniorů

Risk of falling in the elderly from a biomechanical point of view

The growing incidence of falls is a global problem that not only affects the quality of life of those involved, but also has a far-reaching economic impact, both direct – including health care costs, and indirect – involving the loss of productivity of those affected and their families. It is known that the incidence of falls increases in the elderly, and therefore the question arises as to what changes occur in old age that may affect the risk and incidence of falls. From a biomechanical point of view, there are fundamental changes that affect the building blocks of the system (muscles, bones, joints, ligaments, fascia, and also the senses), but these cannot be separated from neurophysiological changes, i.e. from the functioning of the central nervous system (including receptors). In old age, the postural setting changes, the range of motion in the joints is reduced, the quality of soft tissues and bones (sarcopenia, osteopenia) deteriorates, muscle strength decreases, visual acuity is lost and hearing and the vestibular system function deteriorate. The number of receptors and their sensitivity is decreasing, the conduction of nerve impulses is slowing down, the process of evaluating information, creating responses and finding adequate movement patterns is also slower. Neuromuscular junction is also affected and movement stereotypes change. A change in the construction of one structure will naturally result in a change in the function of the given structure and affects the function and construction of other structures. All the changes that occur gradually during a person’s life are likely to result in a deterioration of the human body’s ability to respond flexibly and effectively to stressful situations and thus prevent a fall.

Keywords:

Falls – aging – balance control systems – risk factors of falls

Autoři: Nohelová D. ^1,2; Bizovská L. ¹; Janura M. ¹; Svoboda Z. ¹
Působiště autorů: Katedra přírodních věd v kinantropologii, Fakulta tělesné kultury, Univerzita Palackého v Olomouci ¹; Université Grenoble Alpes, AGEIS, Grenoble, Francie ²
Vyšlo v časopise: Rehabil. fyz. Lék., 29, 2022, No. 3, pp. 136-143.
Kategorie: Přehledový článek
doi: https://doi.org/10.48095/ccrhfl2022136

Souhrn

Zvyšující se incidence pádů je celosvětovým problémem, který ovlivňuje nejen kvalitu života zainteresovaných osob, ale má i rozsáhlý ekonomický dopad, a to jak přímý – zahrnující náklady na zdravotní péči, tak i nepřímý – zahrnující ztrátu produktivity osob postižených pádem a jejich rodinných příslušníků. Je známo, že u seniorů se incidence pádů zvyšuje, a proto se nabízí otázka, k jakým změnám, které mohou ovlivňovat riziko a výskyt pádů, ve stáří dochází. Z biomechanického hlediska jsou zásadní změny, které se týkají stavebních článků systému (svaly, kosti, klouby, vazy, fascie, potažmo smysly), ty však nelze separovat od změn neurofyziologických, tedy od fungování centrálního nervového systému (vč. receptorů). Ve stáří se mění posturální nastavení, dochází k omezení rozsahu pohybu v kloubech, zhoršuje se kvalita měkkých tkání a kostí (sarkopenie, osteopenie), snižuje se svalová síla, ztrácí se zraková ostrost a zhoršuje se sluch a fungování vestibulárního aparátu. Počet receptorů a jejich citlivost se snižuje, zpomaluje se vedení nervových vzruchů, pomalejší je i proces vyhodnocování informací, tvorba odpovědi a nalezení adekvátního pohybového schématu. Ovlivněn je také přenos vzruchu na nervosvalovou ploténku a mění se pohybové stereotypy. Změna stavby jedné struktury se zákonitě projeví i ve změně funkce dané struktury a ovlivňuje funkci i stavbu dalších struktur. Všechny změny, ke kterým dochází postupně v průběhu života člověka, mají pravděpodobně za následek zhoršení schopnosti lidského organizmu pružně a efektivně reagovat na zátěžové situace, a zabránit tak pádu.

Klíčová slova:

stárnutí – pády – rizikové faktory pádu – kontrolní systémy balanců

Úvod

Riziko a výskyt pádu se ve stáří zvyšují [1–3]. Statistická data různých zemí uvádí, že až třetina jedinců starších 65 let zažívá v průběhu jednoho roku pád [4–6]. Následkem pádu nejsou pouze fyzická zranění, ať už vážná, či středně těžká, a s nimi spojená ztráta nezávislosti, ale také strach z pádu a vyhýbání se pohybové aktivitě, které mají negativní vliv na zdraví, nezávislost a kvalitu života daných jedinců [7,8]. Vzhledem k celosvětovému stárnutí populace se očekává zvýšení počtu zranění souvisejících s pády [9,10]. Toto navýšení by v roce 2030 mělo dosahovat již 100 %, přičemž náklady na léčbu by měly vzrůst až o 170 % [11]. Řada studií ukázala, že intervence zaměřené na snižování rizika a výskytu pádu jsou efektivní [12–18]. V současné době je ale problematická dostupnost těchto programů, neboť neexistuje jednotný systém péče či chybí centra zabývající se výše uvedenou problematikou. Navíc není jasné, jak různá náplň intervencí ovlivňuje jejich efektivitu. Adherence a motivace starších jedinců k intervencím hraje rovněž velkou roli, neboť bez jejich aktivního zapojení nemůže dojít ke zlepšení jejich stavu.

Stárnutí

Proces stárnutí může být považován za nelineární systémovou reorganizaci těla, tj. biologického systému [19]. Tradičně bývá stárnutí považováno za něco negativního, co je spojováno s úbytkem struktur a omezováním funkcí neuromuskuloskeletálního systému [20]. Dle konceptu dynamického systému však proces stárnutí není způsoben izolovanými změnami v různých strukturách, ale souhrnnými změnami ve vzájemně na sebe působících subsystémech [20]. Změny spojované se stárnutím mohou být odrazem životního stylu jedince a ovlivněny výskytem disabilit vycházejících z onemocnění [21,22]. Ve stáří vykazuje systém méně komplexní vzorec variability [23]. Ztráta komplexnosti se odráží v tendenci k pravidelnějšímu kolísání fyziologických parametrů, což bývá spojováno také s nižší adaptabilitou [24]. Současně je pozorována tzv. dediferenciace, tj. ztráta funkční specializace struktur, mechanizmů či chování, jež se tak stávají jednoduššími, méně zřetelnými a společnými pro různé funkce. Dovednosti (neurální spojení) vytvářející se v průběhu života se postupně vytrácejí, chování systému je lépe předvídatelné a periodičtější [19].

Stárnutí je dále charakteristické zvýšenou citlivostí a zranitelností, progresivním poklesem fyziologických funkcí, změnami v biochemickém složení tkání a omezením schopnosti adaptivně reagovat na environmentální podněty. Pro proces senescence je typické snižování efektivity a účinnosti fungování lidského systému, v organizmu dochází k hromadění rozličných defektů (chyb), přičemž organizmus ztrácí schopnost tyto defekty opravovat a nahrazovat vadné či odumřelé buňky novými (Hayflickův limit – neschopnost obnovovat správnou strukturu biomolekul neomezeně dlouho), je náchylnější k různým onemocněním, ztrácí se jeho vitalita a dochází k postupnému „chátrání“ tělesné schránky jedince [25].

Teorií, které objasňují proces stárnutí, je mnoho – např. stochastické (teorie somatických mutací a opravy DNA; teorie chyba-pohroma; teorie příčných vazeb/modifikace proteinu; teorie volných radikálů/mutací mitochondriální DNA) a vývojově-genetické (geny dlouhověkosti; syndromy zrychleného stárnutí; neuroendokrinní a imunologická teorie; teorie programovaného stárnutí či buněčného stárnutí – telomery, buněčná smrt). Stochastické teorie předpokládají, že stárnutí je zapříčiněno náhodným poškozením molekul, přičemž se tato poškození hromadí a při dosažení určitého stupně způsobují pokles fyziologických funkcí. Vývojově-genetické teorie vnímají stárnutí jako součást genetického programu a řízeného procesu vývoje a dospívání [25].

Změny sledované ve stáří

Ve stáří dochází ke změnám na buněčné i molekulární úrovni, které se odráží v celkových změnách biologického systému. Tělesné změny postihují většinu orgánových soustav, tj. systém respirační, kardiovaskulární, nervový, pohybový, trávicí, pohlavní a vylučovací, ústrojí kožní i smyslové vnímání. Z funkčního hlediska nás může zajímat např. ztráta elasticity a pružnosti tkání, řídnutí kostí s úbytkem svalové hmoty, pokles pracovní kapacity srdce, snížení výkonnosti dýchacího systému, snížení schopnosti vedení a přijímání vzruchů nervovými vlákny a zpomalení reflexů, redukce ostrosti zraku a sluchu, snížení výšky postavy a ztráta napřímení projevující se např. mírným předklonem při chůzi, zhoršené vnímání pohybu a dotyku či zpomalení psychomotorického tempa. Starší osoby reagují ve srovnání s mladšími pomaleji, ale přesněji, jednají podle schémat, k sestavení programu potřebují více času, hůře se mezi různými programy orientují a ztrácí schopnost přecházet z jednoho programu činnosti na jiný [20,26,27].

Pojivové tkáně

Ve stáří dochází ke změnám v pojivových tkáních, v kostní hmotě, chrupavkách, synoviální tekutině a kolagenu. Změny cirkulujících humorálních faktorů (hormony, cytokiny, růstové faktory), alterace programovaného buněčného stárnutí (ztráta schopnosti buňky dělit se a růst), pomalejší obnova buněk pojivových tkání, změny v síťování makromolekul (matrix), zvýšený obsah pigmentů a tukových látek uvnitř buněk, ztráta schopnosti buněk fungovat a jejich počínající abnormální fungování, hromadění odpadních látek ve tkáních (lipofuscin) a změny v procesu apoptózy předurčují změnu biologických procesů pojivových tkání a vedou ke snížení efektivního udržování homeostázy ve tkáních u starších lidí, což se navenek projevuje zvýšenou tuhostí, sníženou sílou a ztrátou obsahu vody [28]. S přibývajícím věkem dochází dále ke zmenšení tloušťky a hustoty subchondrální kosti (vrstva pod kloubní chrupavkou). Změny kostní tkáně mají přímý vliv na pohyblivost kloubů, postihují totiž i samotné kloubní plochy, což následně působí na vlastní mechaniku kloubů [29]. Ve stáří jsou pohyby kloubů pomalejší a méně flexibilní, neboť dochází ke ztenčení chrupavky, klesá množství synoviální tekutiny uvnitř kloubů a zkracují se vazy, které ztrácí také svoji flexibilitu, což způsobuje zmíněný pocit kloubní tuhosti. S věkem se snižuje velikost molekul kyseliny hyaluronové v synoviální tekutině kloubů, což omezuje její schopnost účinně tlumit a „promazávat“ klouby pro zachování koordinovaného pohybu. Vazy, šlachy, kosti, chrupavky i kůže obsahují kolagen. S přibývajícím věkem klesá hladina kolagenu, který má zásadní vliv na pružnost tkání a mění se jeho struktura, což vede ke ztrátě flexibility a zvyšuje se křehkost zmíněných pojivových tkání [30].

Svalová hmota a svalová síla

S přibývajícím věkem bývá sledován také úbytek kosterní svalové hmoty, a to z hlediska jejího objemu i funkčnosti [31]. Tento fenomén se nazývá sarkopenie a bývá doprovázen snížením svalové síly (maximální, rychlá, reakční, vytrvalostní) a snížením počtu motorických jednotek. Na nižší úrovni se ve stáří jedná především o ztrátu rychlých svalových vláken (II. typ), což limituje zejména rychlou sílu [32]. Dále dochází k tomu, že zbývající motorické jednotky rozšiřují svůj rozsah inervace, a to proto, aby kompenzovaly funkci zaniklých motorických jednotek [33]. U starších lidí však bylo pozorováno dosáhnutí tzv. inflekčního bodu, kdy se již velikost motorických jednotek nezvyšuje, ale naopak snižuje. Díky moderním technologiím, které umožnily izolovat jednotlivá svalová vlákna, byly objasněny jejich enzymatické a kontraktilní vlastnosti [34]. Izoformy těžkého řetězce myosinu určují základní vlastnosti svalových vláken – typ I (pomalé oxidační), typ IIa (rychlé oxidačně-glykolitické) a typ IIb (rychlé glykolitické). Kromě zmíněných „čistých“ forem existují i hybridní formy, jejichž charakteristiky (fenotyp) se nacházejí na pomezí. Stárnutí způsobuje proporcionální zvýšení těžkých řetězců myosinu determinujících svalová vlákna typu I i denervaci svalových vláken [35], ale přeměna rychlých svalových vláken na pomalá prokázana nebyla. Přesto byl u starých jedinců (průměrný věk 88 let) sledován profil těžkých řetězců myosinu, který indikoval mimořádně vysoké procento hybridních izoforem (tj. 51 % : 20 % sledovaných u mladých jedinců) [36]. Dále bylo pozorováno, že rychlá (fast-twitch) vlákna, která překonala stárnutím podmíněnou ztrátu motorických jednotek, se stala „elitními“ (kompenzační mechanizmus). U velmi starých jedinců (průměrný věk 89 let) bylo totiž v porovnání s mladými jedinci (20 let) zjištěno, že svalová vlákna typu IIa vykazují významně vyšší normalizovanou sílu při zohlednění jejich velikosti, síly a rychlosti [37].

Rozsahy pohybu a provedení pohybu

Se změnou postury, tj. odlišným nastavením segmentů těla, souvisí i změny v rozsahu pohybu v kloubech a změny v napětí ligament, šlach, svalových vláken, fascií a kůže. Ve stáří se snižují pasivní i aktivní rozsahy pohybu kloubů, přičemž aktivní se často snižují více než pasivní, a současně toto snížení není rovnoměrné – různé klouby mají různý stupeň omezení pohybu a liší se také směrem omezení [38,39]. Biomechanické postavení kloubních ploch je u mladých a starších jedinců odlišné, proto mohou být patrné i změny v provedení pohybu. S tím souvisejí i odlišné rozsahy pohybu v jednotlivých kloubech s rozdíly v distribuci adekvátní svalové síly. Ve stáří se také více projeví nevhodné pohybové stereotypy a dříve funkční problémy již často nabývají stukturální charakter.

Postura a vzpřímené držení těla

Vzpřímená poloha těla osciluje vlivem dynamického udržování polohy, ale i vlivem respiračních pohybů ovlivňujících profil postury [40]. Udržování vzpřímeného držení závisí jak na parametrech souvisejích s působením tíhové síly, jako jsou výška, hmotnost, struktura segmentů a vlastnosti opěrné plochy, tak především na svalové aktivitě [40]. Gravitace má na vzpřímené držení těla trvalý rušivý efekt vyvolávající pertubace s tendencí posouvat těžiště mimo opěrnou bázi [41]. S roustoucím věkem se konfigurace lidského těla mění. I přes řadu výjimek, které mohou být způsobeny nemocemi, životním stylem, pracovní náplní a vlivem okolního prostředí, nalézáme u starších dospělých podobný charakter změn posturálních i funkčních s poklesem schopností a výkonnosti jedinců.

Změny postury, které se u seniorů objevují, mají vliv na biomechanické fungování celého těla. Neuromuskulofascioskeletální změny jsou spolu úzce provázané, neboť porucha jednoho systému vyvolává, způsobuje, odráží se či vzniká současně s poruchou ostatních systémů. I přes tuto funkční i strukturální propojenost často hodnotíme jednotlivé systémy odděleně a snažíme se najít primární příčinu těchto často dysfunkčních změn. S přibývajícím věkem se mění držení těla a postavení páteře. Pro stařeckou postavu je typická menší tělesná výška a tzv. shrbení, které je spojeno s atrofií meziobratlových disků, s řídnutím těl obratlů a s atrofií kosterních svalů, které ztrácejí svoji primární funkci. Páteř jako celek tedy pozbývá na výšce, mění se její typické zakřivení a omezuje se její hybnost. Postupně dochází ke zvýraznění křivek páteře, přičemž nejnápadnější je kyfotizace hrudního úseku páteře s odpovídajícími změnami v oblasti bederní a krční. Těla obratlů již nejsou postavena vertikálně „nad sebou“, ale jakoby „utíkala“ anteriorním či posteriorním směrem do zešikmení, což mění jejich artikulační plochy. Současně se mění i postavení hlavy, hrudního koše, ramenního a pánevního pletence i horních a dolních končetin. Odlišné nastavení segmentů těla zákonitě mění hybnost a působící síly. Ztrácí se centrované nastavení, tj. pozice jednotlivých segmentů, při níž jsou síly působící na kloub rovnoměrně rozloženy na styčných plochách, kloubní pouzdro je minimálně napjaté, kloubní vazy jsou uvolněny a svaly v tomto nastavení mohou fungovat efektivně s minimálními energetickými nároky, neboť mají příznivé mechanické podmínky, které umožňují produkovat velké napětí/sílu. Toto neutrální postavení segmentů umožňuje z biomechanického hlediska ideální statické zatížení [42].

Rizikové faktory pádu

Pro tvorbu co nejefektivnějších „proti-pádových“ intervencí je nutné vycházet ze samotné příčiny pádu. Příčiny pádu jsou však často multifaktoriální. Důvodem incidenčního pádu může být jak fyzický stav jedinců, tak i jejich okolní prostředí. Rizikové faktory pádu proto rozlišujeme na vnější a vnitřní [43–45]. Dělit je můžeme také na faktory biologické, behaviorální, environmentální a socioekonomické [11]. Pád je výsledkem složitých komplexních interakcí výše uvedených rizikových faktorů, které se vzájemně zesilují, a bývá definován jako „neočekávaná událost, jejímž důsledkem je nepředvídané spočinutí osoby na zemi, podlaze či ploše nižší výškové úrovně“ [43,44].

Biologické rizikové faktory zahrnují charakteristiky, které souvisejí s lidským tělem. Patří mezi ně např. věk, pohlaví a rasa; pokles úrovně fyzických, kognitivních a afektivních schopností či komorbidity spojené s chronickými onemocněními (Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba, artritida, osteoporóza, hypertenze, diabetes mellitus atd.) [11,46]. Četnost a závažnost biologických rizikových faktorů se ve stáří zvyšuje, a to mimo jiné i jako důsledek procesu stárnutí.

K behaviorálním rizikovým faktorům patří ty faktory, které se týkají lidských činů, emocí a každodenních rozhodnutí. Lze je, na rozdíl od biologických rizikových faktorů, modifikovat, upravovat, a to nezávisle na věku. Příkladem může být rizikové chování, kam se řadí např. nadměrný příjem alkoholu, užívání velkého počtu léků (nežádoucí vedlejší účinky), sedavé chování, nezdravá strava, nedostatek pohybu, tj. nezdravý životní styl [11,47]. Behaviorální rizikové faktory mají přímý dopad na biologické charakteristiky jedince.

Environmentální rizikové faktory označují především souhru fyzických předpokladů jedince a jeho okolního prostředí, a to vč. rizikového domácího i venkovního prostředí. Za rizikové jsou považovány např. úzké schody, kluzká podlaha a kluzký povrch schodů, volné koberce, prahy, nedostatečné osvětlení, nevhodný design budov či popraskané nebo nerovné chodníky [11]. Tyto faktory nebývají samy o sobě příčinou pádu. U starších lidí však mohou napomáhat vzniku pádu, neboť jejich schopnost přizpůsobení se zevnímu prostředí může být z různých příčin narušena.

Mezi socioekonomické rizikové faktory se řadí ty faktory, které jsou ovlivněny sociálními podmínkami a ekonomickým postavením jedinců. Zahrnují např. nízký příjem, nízké vzdělání, nevyhovující bydlení, nedostatek sociálních interakcí, omezený přístup ke zdravotní a sociální péči a nedostatek komunitních zdrojů [11].

Všechny uvedené faktory jsou těsně provázané a o tom, jaké je riziko pádu, rozhoduje v daném okamžiku jejich souhrnný efekt. Riziko pádu také úzce souvisí se strachem z pádu a schopností se s pádem vyrovnat, s nezodpovědným chováním (lezení po žebříku atd.), s nevhodnou obuví [48,49] a oblečením či s nošením a přenášením břemen, s pohybovou aktivitou a výživou [50–52]. K vnitřním rizikovým faktorům patří např. svalové oslabení, snížená fyzická zdatnost, snížení svalové síly, zhoršení rovnováhy a chůze, zhoršení flexibility a koordinace, ztráta citlivosti a vnímání končetin a chodidel, bolest chodidel, jejich onemocnění, deformace či dřívější zranění, problémy se zrakem, ztráta sluchu, chronická a akutní onemocnění, závratě, posturální hypotenze, kognitivní deficit (vč. zmatenosti, demence a deliria), deprese a v neposlední řadě také sarkopenie (tj. úbytek svalové hmoty) [11,53]. Ke zvýšení rizika pádu mohou přispívat také různé skupiny léků. Negativní vliv byl pozorován např. u benzodiazepinů (úzkost, spánek), psychotropních látek (deprese), tyroxinu, analgetik, antikoagulantů a mnoha dalších [11]. Starší lidé mají navíc tendenci užívat větší množství léků v porovnání s mladými lidmi, s čímž souvisí i interakce mezi různými léčivy. Problematické je také nedodržování doporučení stanovených lékařem (např. nadměrná konzumace léčiv či zapomenutí na medikaci), což může vést k poruchám bdělosti, úsudku a koordinace; k závratím, ke zvýšené ztuhlosti a slabosti, ke změnám mechanizmu udržování rovnováhy a schopnosti rozpoznat překážky a přizpůsobit se jim [52].

Biomechanické hledisko rizika pádu

Z biomechanické pohledu je riziko pádu úzce spjato s procesem posturální kontroly. Posturální kontrola je nezbytná pro úspěšnou realizaci motorických akcí a zahrnuje kontrolu pozice těla v prostoru, orientaci a stabilizaci [54,55]. V klidovém stoji tělo nepřetržitě osciluje ve směru anteroposteriorním i mediolaterálním [56]. Tyto oscilace nazýváme spontánními titubacemi [56]. Titubace vznikají korekčním zásahem fázických svalů trupu a končetin, které se snaží navracet působiště reakční síly (tj. působiště vektoru výsledné reakční síly) do středu opěrné stabilizační báze [40,57].

Zdravý systém disponuje schopností rychle, přesně a koordinovaně reagovat na aktuální stav prostředí nebo jeho změnu. Potenciální nebezpečné důsledky nepředvídané, rušivě působící změny prostředí jsou omezovány reflexní činností míšního servomechanizmu sloužícího k zamezení destabilizace, a tím i pádu. Riziko pádu bývá snižováno skrze automatický reflexní pohyb zaměřený proti pádu, na nějž navazuje vědomě řízený obranný pohyb korigující destabilizaci s cílem zabránit pádu [40]. Pád je tedy následek neadekvátní odezvy lidského systému, která může být způsobena vnějším, ale i vnitřním působením.

Pro eliminaci pádu se za klíčové považuje udržení balance neboli posturální stabilizace, tj. kontrola těžiště ve vztahu k opěrné bázi, tedy neustálé udržování polohy těžiště nad opěrnou bází [53]. Kontrolní systém balance sestává ze senzorických subsystémů, jejich aferentních nervů, rozsáhlé neurální/mozkové sítě a motorického systému [27]. Senzorický systém je tvořen vizuálním, vestibulárním a somatosenzorickým (proprioceptivním a exteroceptivním) subsystémem, které jsou zodpovědné za interakce s prostředím a za určování polohy těla. Informace z těchto subsystémů jsou vedeny a dále zpracovávány centrálním nervovým systémem. Ten rozhoduje o odpovědi, tedy co je zapotřebí k udržení či obnovení balance, a to na základě porovnání, výběru a kombinace senzorických vstupů. Po určení odpovědi, tj. způsobu provedení pohybu, jsou zvoleny a nastaveny vzorce svalové aktivity a skrze svalový systém dochází k vlastní realizaci pohybu. Provedení tohoto pohybu je opět sledováno senzorickým systémem, který vytváří zpětnou vazbu. Nestabilita však nemusí být pouze detekována zpětnou vazbou (feedback), může být i předvídána prostřednictvím dopředu před vlastním pádem (feedforward). Senzorická aference je v tomto případě využita k predikci budoucích pertubací. Díky anticipační reakci mohou být tyto pertubace zmírněny či dokonce zcela eliminovány [27,45].

Pro kontrolu balance jsou důležité všechny uvedené subsystémy a jejich kooperace, přesto se míra jejich zapojení a důležitosti v různých situacích liší (běžná chůze, chůze ve tmě, chůze proti proudu řeky). Omezení či nedostatečná funkce jedné podsložky může být kompenzována jinými podsložkami, tj. zvýšením významu funkce ostatních. Kompenzační kapacita je však omezená, proto můžeme zejména v náročnějších situacích a podmínkách sledovat nedostatky v udržování balance. Jakmile dojde k výrazné poruše nebo omezení jednoho subsystému či subsystémů, odráží se to v kvalitě provedení úkonu. Jelikož jde o vysoce komplexní proces, není jednoduché odhalit, na které úrovni se vyskytl problém, neboť jednotlivé činnosti jsou úzce provázané. Fyziologické stárnutí těchto subsystémů však může limitovat naši schopnost řídit balanc (tab. 1).

Kontrolní systémy balance (převzato a upraveno z [27]).<br>
Tab. 1. Balance control systems (adapted according to [27]). — Tab. 1. Kontrolní systémy balance (převzato a upraveno z [27]).
Tab. 1. Balance control systems (adapted according to [27]).

U jedinců starších než 60 let bývá pozorováno progresivní zvyšování titubací těla [20,58]. To bývá považováno za následek zvýšeného „šumu“ v systému (organizmu), který je přičítán degradaci senzorického systému, která se objevuje při stárnutí [59]. Aby se spontánní titubace pozorované u mladých jedinců podobaly těm, které jsou sledovány u starších dospělých, musela by se hladina šumu zvýšit o 50 % [56]. Zvýšení titubací u starších jedinců indikuje dle některých autorů nestabilitu, a proto bývá spojováno s incidencí pádu a považováno za škodlivé [60].

Jiní autoři však oponují a uvádí, že centrální nervový systém záměrně produkuje titubace, které jsou tzv. průzkumným mechanizmem pro získávání senzorických informací [59]. Tato strategie zabraňuje adaptaci senzorických receptorů a současně stimuluje zapojení většího počtu receptorů a podporuje jejich rozmanitost (rychle a pomalu adaptující se receptory). Skrze titubace by tak z hlediska kvality a kvantity mělo dojít k získání spolehlivých senzorických vstupů, jež jsou využívány v posturální kontrole. Vzhledem ke zvýšení prahů detekujících vjemy může dále zvýšení fyziologického kolísání u starších dospělých sloužit k získání kvalitnějších informací o mezích (limitech) stability [20].

Přirozeně, např. při dýchání, se rytmicky mění tvar hrudníku a břišní krajiny, čímž se mění i poloha průmětu těžiště do opěrné báze [40]. Tyto diskrétní změny jsou zaznamenávány senzorickým systémem a porovnávány s informacemi z kortexu, vestibulárního aparátu, mozečku a zrakového orgánu. Zpracované a vyhodnocené informace slouží následně k přizpůsobení polohy tělesných segmentů (prostřednictvím aktivity muskuloskeletálního systému) aktuálnímu stavu prostředí. Vzhledem k latenci jak nervového, tak i muskulárního systému můžeme sledovat výchylky, např. „hru šlach“, které jsou známkou adjustace polohy jednotlivých segmentů. Informace získané z vnějšího, ale i vnitřního prostředí jsou nepřetržitě zpracovávány a využity jak při udržování kvazistatické polohy (stoj, sed), tak i při provádění dynamického pohybu [40].

Závěr

S přibývajícím věkem se lidský organizmus mění. Tyto změny mají involuční charakter a bývají spojovány s úbytkem funkcí a struktur. Převážně jsou hodnoceny jako negativní. Z biomechanického hlediska jsou zásadní změny, které se týkají stavebních článků systému (svaly, kosti, klouby, vazy, fascie, potažmo smysly – zrak, sluch a vestibulární aparát), ty ale nelze oddělovat od změn neurofyziologických, tj. od fungování centrálního nervového systému (vč. receptorů). Dochází např. ke změně posturálního nastavení, přítomna bývá sarkopenie a snížená svalová síla, omezené rozsahy pohybu a změna kvality měkkých tkání. Dále se objevují problémy se zrakem, sluchem a vestibulárním aparátem, dochází ke snížení citlivosti a k úbytku receptorů, ke zpomalení neurálního vedení (vedení nervových vzruchů), ke zpomalení procesu vyhodnocování informací, ke zpomalení tvorby vhodné odpovědi či nalezení vhodného pohybového schématu. Výhodné pohybové stereotypy mohou být nahrazeny nevýhodnými až patologickými stereotypy. Změny se mohou objevovat i při přenosu vzruchu na nervosvalovou ploténku a v neposlední řadě se kumulují změny způsobené různými onemocněními, případně spojené s dlouhodobým či krátkodobým užíváním medikace. Tyto změny bývají sledovány současně, a to proto, že uvedené struktury (součásti) lidského organizmu jsou od sebe neoddělitelné. Změna stavby jedné struktury se zákonitě projeví ve změně funkce této struktury a ovlivňuje funkci i stavbu dalších struktur. Všechny tyto změny, ke kterým dochází postupně v průběhu života jedince, mají pravděpodobně za následek zhoršení schopnosti lidského těla reagovat na zátěžové situace (tj. situace předcházející pádu). S rostoucím věkem se zvyšuje nejen četnost těchto změn, ale zhoršují se i jejich následky, neboť systém ztrácí také kompenzační kapacitu, tj. mechanizmy, kterými zprvu nahrazoval funkci pozměněných tělesných struktur. To vše může určitou mírou limitovat adaptaci biologického systému a zvyšovat riziko i výskyt pádu ve stáří.

Proces stárnutí dosud stále skrývá mnoho otázek. Přesto je snahou pochopit základní mechanizmy stárnutí, k čemuž přispívají nejnovější poznatky a porozumění základním biologickým, genetickým, molekulárním a buněčným aspektům životních procesů.

Doručeno/Submitted: 15. 3. 2022

Přijato/Accepted: 14. 6. 2022

Korespondenční autor:

Mgr. Denisa Nohelová

Katedra přírodních věd v kinantropologii,

Fakulta tělesné kultury, Univerzita

Palackého v Olomouci

Třída Míru 117

771 11 Olomouc

e-mail: denisa.nohelova01@upol.cz

Zdroje

1. Hamacher D, Singh NB, Van Dieën JH et al. Kinematic measures for assessing gait stability in elderly individuals: a systematic review. J R Soc Interface 2011; 8(65):1682–1698. doi: 10.1098/rsif.2011.0416.

2. Kang HG, Dingwell JB. Effects of walking speed, strength and range of motion on gait stability in healthy older adults. J Biomech 2008; 41(14): 2899–2905. doi: 10.1016/j.jbiomech.2008.08.002.

3. Lamoth CJ, van Deudekom FJ, van Campen JP et al. Gait stability and variability measures show effects of impaired cognition and dual tasking in frail people. J Neuroeng Rehabil 2011; 8(2): 1–9. doi: 10.1186/1743-0003-8-2.

4. Blake AJ, Morgan K, Bendall MJ et al. Falls by elderly people at home: prevalence and associated factors. Age Ageing 1988; 17(6): 365–372. doi: 10.1093/ageing/17.6.365.

5. Stalenhoef PA, Diederiks JPM, Knottnerus JA et al. A risk model for the prediction of recurrent falls in community-dwelling elderly: a prospective cohort study. J Clin Epidemiol 2002; 55(11): 1088–1094. doi: 10.1016/s0895-4356(02)00502-4.

6. Stalenhoef PA, Crebolder HFJ, Knottnerus JA et al. Incidence, risk factors and consequences of falls among elderly subjects living in the community. Eur J Public Health 1997; 7(3): 328–334. doi: 10.1093/eurpub/7.3.328.

7. Scott V, Pearce M, Pengelly C. Technical report: hospitalizations due to falls among Canadians age 65 and over. 2005. [online]. Available from: https://www.phac-aspc.gc.ca/seniors-aines/alt-formats/pdf/publications/pro/injury-blessure/seniors_falls/technical-report-hospitalizations_e.pdf.

8. Florence CS, Bergen G, Atherly A et al. Medical costs of fatal and nonfatal falls in older adults. J Am Geriatr Soc 2018; 66(4): 693–698. doi: 10.1111/jgs.15304.

9. Eurostat. Statistics Explained. Population structure and ageing. 2019. [online]. Available from: https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Population_structure_and_ageing#Past_and_future_population_ageing_trends_in_the_EU.

10. Štyglerová T, Němečková M, Šimek M. Stárnutí se nevyhneme. Český statistický úřad. 2014. [online]. Dostupné na: https://www.czso.cz/csu/czso/ea002b5947.

11. World Health Organization. WHO Global report on falls prevention in older age. Geneva: WHO Press 2007.

12. El-Khoury F, Cassou B, Charles MA et al. The effect of fall prevention exercise programmes on fall induced injuries in community dwelling older adults: systematic review and meta-analysis of randomised controlled trials. BMJ 2013; 347: f6234. doi: 10.1136/bmj.f6234.

13. Guirguis-Blake JM, Michael YL, Perdue LA et al. Interventions to prevent falls in older adults: updated evidence report and systematic review for the US preventive services task force. JAMA 2018; 319(16): 1705–1716. doi: 10.1001/jama.2017.21962.

14. Hamed A, Bohm S, Mersmann F et al. Follow-up efficacy of physical exercise interventions on fall incidence and fall risk in healthy older adults: a systematic review and meta-analysis. Sports Med 2018; 4(1): 56. doi: 10.1186/s40798-018-0170-z.

15. Medical Advisory Secretariat. Prevention of falls and fall-related injuries in community-dwelling seniors: an evidence-based analysis. Ont Health Technol Assess Ser 2008; 8(2): 1–78.

16. Pfortmueller CA, Kunz M, Lindner G et al. Fall-related emergency department admission: fall environment and settings and related injury patterns in 6 357 patients with special emphasis on the elderly. Sci World J 2014; 256519. doi: 10.1155/2014/256519.

17. Sherrington C, Whitney JC, Lord SR et al. Effective exercise for the prevention of falls: a systematic review and meta-analysis. J Am Geriatr Soc 2008; 56(12): 2234–2243. doi: 10.1111/j.1532-5415.2008.02014.x.

18. Wong R, Chong KC, Law SW et al. The effectiveness of exercises on fall and fracture prevention amongst community elderlies: a systematic review and meta-analysis. J Orthop Translat 2020; 24: 58–65. doi: 10.1016/j.jot.2020.05.007.

19. Sleimen-Malkoun R, Temprado JJ, Hong SL. Aging induced loss of complexity and dedifferentiation: consequences for coordination dynamics within and between brain, muscular and behavioral levels. Front Aging Neurosci 2014; 6(140): 1–17. doi: 10.3389/fnagi.2014.00140.

20. Moraes R, Mauerberg-deCastro E. Complex systems approach to the study of posture and locomotion in older people. In: Barbieri FA, Vitório R (eds). Locomotion and posture in older adults: the role of aging and movement disorders. Springer 2017: 3–20.

21. Leyk D, Rüther T, Wunderlich M et al. Physical performance in middle age and old age: good news for our sedentary and aging society. Dtsch Arztebl Int 2010; 107(46): 809–816. doi: 10.3238/arztebl.2010.0809.

22. Rittweger J, Kwiet A, Felsenberg D. Physical performance in aging elite athlets –challenging the limits of physiology. J Musculoskelet Neuronal Interact 2004; 4(2): 159–160.

23. Lipsitz LA, Goldberger AL. Loss of “complexity” and aging. Potential applications of fractals and chaos theory to senescence. JAMA 1992; 267(13): 1806–1809.

24. Manor B, Costa MD, Hu K et al. Physiological complexity and system adaptability: evidence from postural control dynamics of older adults. J Appl Physiol 2010; 109(6): 1786–1791. doi: 10.1152/japplphysiol.00390.2010.

25. Troen BR. The biology of aging. Mt Sinai J Med 2003; 70(1): 3–22.

26. Hollands M, Hollands K, Rietdyk S. Visual control of adaptive locomotion and changes due to natural ageing. In: Barbieri FA, Vitório R (eds). Locomotion and posture in older adults: the role of aging and movement disorders. Springer 2017: 55–72.

27. Van Dieën JH, Pijnappels M. Balance control in older adults. In: Barbieri F, Vitório R (eds). Locomotion and posture in older adults: the role of aging and movement disorders. Springer 2017: 237–262.

28. Freemont AJ, Hoyland JA. Morphology, mechanisms and pathology of musculoskeletal ageing. J Pathol 2007; 211(2): 252–259. doi: 10.1002/path.2097.

29. Yamada K, Healey R, Amiel D et al. Subchondral bone of the human knee joint in aging and osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage 2002; 10(5): 360–369. doi: 10.1053/joca.2002.0525.

30. Li Y, Wei X, Zhou J et al. The age-related changes in cartilage and osteoarthritis. Biomed Res Int 2013; 916530. doi: 10.1155/2013/916530.

31. Machek SB. Mechanisms of sarcopenia: motor unit remodelling and muscle fibre type shifts with ageing. J Physiol 2018; 596(16): 3467–3468. doi: 10.1113/JP276586.

32. Lehnert M, Botek M, Sigmund M et al. Kondiční trénink. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci 2014.

33. Piasecki M, Ireland A, Piasecki J et al. Failure to expand the motor unit size to compensate for declining motor unit numbers distinguishes sarcopenic from non-sarcopenic older men. J Physiol 2018; 596(16): 1627–1637. doi: 10.1113/JP275520.

34. Murach KA, Bagley JR, McLeland KA et al. Improving human skeletal muscle myosin heavy chain fiber typing efficiency. J Muscle Res Cell Motil 2016; 37(1–2): 1–5. doi: 10.1007/s10974-016-9441-9.

35. Spendiff S, Vuda M, Gouspillou G et al. Denervation drives mitochondrial dysfunction in skeletal muscle of octogenarians. J Physiol 2016; 594(24): 7361–7379. doi: 10.1113/JP272487.

36. Andersen J, Terzis G, Kryger A. Increase in the degree of coexpression of myosin heavy chain isoforms in skeletal muscle fibers of the very old. Muscle Nerve 1999; 22(4): 449–540. doi: 10.1002/(sici)1097-4598(199904)22:4<449::aid-mus4>3.0.co;2-2.

37. Grosicki GJ, Standley RA, Murach KA et al. Improved single muscle fiber quality in the oldest-old. J Appl Physiol 2016; 121(4): 878–884. doi: 10.1152/japplphysiol.00479.2016.

38. Doriot N, Wang X. Effects of age and gender on maximum voluntary range of motion of the upper body joints. Ergonomics 2006; 49(3): 269–281. doi: 10.1080/00140130500489873.

39. Bible JE, Simpson AK, Emerson JW et al. Quantifying the effects of degeneration and other patient factors on lumbar segmental range of motion using multivariate analysis. Spine 2008; 33(16): 1793–1799. doi: 10.1097/BRS.0b013e31817b8f3a.

40. Véle F. Kineziologie: přehled klinické kineziologie a patokineziologie pro diagnostiku a terapii poruch pohybové soustavy. Praha: Triton 2006.

41. Loram ID, Lakie M. Direct measurement of human ankle stiffness during quiet standing: the intrinsic mechanical stiffness is insufficient for stability. J Physiol 2002; 545(3): 1041–1053. doi: 10.1113/jphysiol.2002.025049.

42. Kolář P. Rehabilitace v klinické praxi. Praha: Galén 2009.

43. Brahem MB, Ayena JC, Otis MJD et al. Risk of falling assessment on different types of ground using the instrumented TUG. In: 2015 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, Kowloon, Hong Kong 2015. IEEE2015: 2372–2377. doi: 10.1109/SMC35812.2015.

44. Silva J, Madureira J, Tonelo C et al. Comparing machine learning approaches for fall risk assessment. In: BIOSTEC 2017. 10th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies. 2017: 223–230.

45. Polastri P, Godoi D, Gramani-Say K. Falls and postural stability in older individuals: implications for activities of daily living. In: Barbieri FA, Vitório R (eds). Locomotion and posture in older adults: the role of aging and movement disorders. Springer 2017: 263–277.

46. Ganz SB, Peterson MG, Russo PW et al. Functional recovery after hip fracture in the subacute setting. HSS J 2007; 3(1): 50–57. doi: 10.1007/s11420-006-9022-3.

47. World Health Organization. Falls. 2017. [online]. Available from: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs344/en/.

48. Menant JC, Steele JR, Menz HB et al. Effects of walking surfaces and footwear on temporo-spatial gait parameters in young and older people. Gait Posture 2009; 29(3): 392–397. doi: 10.1016/j.gaitpost.2008.10.057.

49. Menant JC, Perry SD, Steele JR et al. Effects of shoe characteristics on dynamic stability when walking on even and uneven surfaces in young and older people. Arch Phys Med Rehabil 2008; 89(10): 1970–1976. doi: 10.1016/j.apmr.2008.02.031.

50. Gardner MM, Robertson MC, Campbell AJ. Exercise in preventing falls and fall related injuries in older people: a review of randomised controlled trials. Br J Sports Med 2000; 34(1): 7–17. doi: 10.1136/bjsm.34.1.7.

51. Day L, Fildes B, Gordon I et al. Randomised factorial trial of falls prevention among older people living in their own homes. BMJ 2002; 325(7356): 128. doi: 10.1136/bmj.325.7356.128.

52. Division of Aging and Seniors. Report on senior’s fall in Canada. Ontario: Public Health Agency of Canada 2005.

53. Mochizuki L, Aliberti S. Gait stability and aging. In: Barbieri FA, Vitório R (eds). Locomotion and posture in older adults: the role of aging and movement disorders. Springer 2017: 45–54.

54. Horak F, MacPherson JM. Postural orientation and equilibrium. In: Rowell LB, Shepherd JT (eds). Handbook of physiology: Section 12 Exercise: Regulation and integration of multiple systems. New York: Oxford University Press 1996: 255–292.

55. MacPherson JM, Horak F. Posture. In: Kandel ER, Schwartz JH, Jessel TM et al (eds). Principles of neural science. New York: McGraw Hill 2013: 935–959.

56. Maurer C, Peterka RJ. A new interpretation of spontaneous sway measures based on a simple model of human postural control. J Neurophysiol 2005; 93(1): 189–200. doi: 10.1152/jn.00221.2004.

57. Bizovská L, Janura M, Míková M et al. Rovnováha a možnosti jejího hodnocení. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci 2017.

58. Sheldon JH. The effect of age on the control of sway. Gerontol Clin (Basel) 1963; 5: 129–138. doi: 10.1159/000244784.

59. van Emmerik RE, van Wegen EE. On the functional aspects of variability in postural control. Exerc Sport Sci Rev 2002; 30(4): 177–183. doi: 10.1097/00003677-200210000-00007.

60. Berg WP, Alessio HM, Mills EM et al. Circumstances and consequences of falls in independent community-dwelling older adults. Age Ageing 1997; 26(4): 261–268. doi: 10.1093/ageing/26.4.261.