Účinky cvičebního tréninku na ramenní neuromuskulární kontrolu

Význam

Komplex lidského ramene obětuje stabilitu výměnou za velký rozsah pohybu nezbytný pro manipulaci s rukou. Vzhledem k inherentní nestabilitě kostní kongruence a omezení vazů hraje dynamická kontrola svalů důležitou roli při stabilizaci ramene během pohybu. Svaly rotátorové manžety slouží jako hlavní stabilizátor ramenního kloubu, zatímco deltoid poskytuje většinu točivého momentu potřebného pro pohyb. Proto je koordinace deltového svalu a svalů rotátorové manžety nezbytná pro hladkou a účinnou funkci ramene. Porucha nervosvalové kontroly těchto svalů může vést ke zranění a bolesti. V důsledku toho se rehabilitační programy zaměřují na obnovení normální neuromuskulární kontroly těchto ramenních svalů, aby pomohly snížit bolest a zlepšit funkci ramen. Přestože rehabilitační programy prokázaly pozitivní účinky na snížení bolesti a funkční zlepšení, stále není známo, zda slouží ke zlepšení nervosvalové kontroly ramenních svalů.

Zatímco deltoid poskytuje většinu točivého momentu potřebného k elevaci ramene, může také vyvinout přímou sílu na glenoid. Tato smyková síla má tendenci táhnout hlavici humeru nadřazeně, což může mít za následek zmenšení subakromiálního prostoru. Když svaly rotátorové manžety fungují správně, linie působení svalů rotátorové manžety má za následek centrovací sílu, která může pomoci udržet hlavu humeru ve středu glenoidální jamky. Existuje však hypotéza, že pokud svaly rotátorové manžety nejsou schopny vyvinout dostatečnou sílu během pohybu paže, vyšší smyková síla produkovaná deltovým svalem má za následek lepší translaci hlavy humeru. Toto abnormální přemístění může mít za následek impingement subakromiálních tkání a nakonec vést k poranění tkáně a bolesti.

Tradičně se programy rehabilitace ramene zaměřují na posílení svalů rotátorové manžety pomocí pohybu ramene, při kterém svaly rotátorové manžety vykazují vysokou svalovou aktivitu. Nicméně, ačkoli tyto aktivity vedou k zesílení rotátorové manžety, není známo, zda opakované namáhání rotátorové manžety vede k neuromuskulárním adaptacím, které pomohou působit proti deltoidní smykové síle.

Tento stres spojený s rehabilitací může vyvolat neurologické a fyziologické změny v neuromuskulárních strukturách a tím změnit nervosvalovou kontrolu celého ramenního komplexu. Kinematická a elektromyografická (EMG) měření se široce používají ke studiu nervosvalové kontroly. Zatímco kinematická měření ukazují pohybové vzorce, EMG demonstruje načasování, sekvenci a velikost střelby svalů. Abnormální kinematika a EMG obrazce byly prokázány u pacientů s impingementem ramene. Měření parametrů nervosvalové kontroly může vést k lepšímu pochopení základního mechanismu tréninku cvičení ramen a toho, jak se nervosvalové struktury přizpůsobují zátěži při cvičení. Konkrétněji lze tato hodnocení použít k posouzení, zda rehabilitační program vede k pozitivní adaptaci, která může pomoci ramenním svalům zvládnout stres z činností, jako jsou sportovní aktivity nad hlavou a nošení nebo zvedání těžkých předmětů. Nakonec by to mohlo být použito k navržení efektivnějšího tréninkového programu pro sportovce a efektivního rehabilitačního programu pro pacienty s poraněním ramene.

Inovace

Když se neuromuskulární kontrola ramene zkoumá v oblastech biomechaniky, ortopedické rehabilitace a sportu, zaměřuje se obecně na kinematiku a EMG. Tyto kinematické a EMG parametry představují, jak je ramenní komplex řízen během pohybu jako výsledek provádění motorických příkazů. Kortikospinální dráždivost, která je široce zkoumána u pacientů s neurologickými poruchami, se v poslední době uplatňuje také v biomechanice, ortopedické rehabilitaci a sportovištích. Kortikospinální excitabilita představuje účinnost nervového přenosu podél kortikospinální dráhy. Kromě neurologického postižení může kortikospinální excitabilitu ovlivnit také ortopedické poškození a bolest. Například u subjektů s netraumatickou nestabilitou ramene vykazuje dolní trapéz sníženou excitabilitu. Také experimentální tonická svalová bolest v prvním dorzálním mezikostním vede k inhibici kortikální a spinální excitability. Podobně je experimentálně vyvolaná akutní bederní bolest spojena s různými účinky na svaly trupu. Hluboké břišní svaly, jako je transversus abdominis, vykazovaly sníženou kortikospinální dráždivost. V kontrakci povrchnější svaly, jako je lumbální vzpřimovač spinae a vnější šikmý břišní sval, vykazovaly zvýšenou excitabilitu. Kromě kinematických a EMG měření, která demonstrují celkovou motorickou strategii, je kortikospinální excitabilita dalším slibným parametrem pro zkoumání podrobností o tom, jak jsou svaly deltového svalu a rotátorové manžety řízeny od primární motorické kůry přes míchu ke svalu.

Zatímco konzistentní důkazy naznačují, že trénink motorických dovedností je spojen se zvýšenou excitabilitou, účinky silového tréninku na kortikospinální excitabilitu stále nejsou dobře známy a mohou záviset na svalech a tréninkovém úkolu. Trénink nervosvalové kontroly může být spojen s motorickým učením i silovým tréninkem. Vzor ovládání a střelby se lze přímo vědomě znovu naučit, což zahrnuje zvýšení síly a motorického učení. Vzhledem k tomu, že je spojena s procesem učení, vzrušivost se může po tréninku zvýšit. Ukázalo se, že změny dráždivosti korelují s efektem motorického učení, takže změny dráždivosti po tréninku mohou korelovat se změnami EMG rotátorové manžety. Po opakovaném cvičení se vědomé pohybové vzorce mohou stát automatickými, čímž se změní EMG vzor aktivace rotátorové manžety.

Účelem studie je (1) prozkoumat vliv cvičení na neuromuskulární kontrolu ramenního komplexu u zdravých subjektů, včetně kinematiky, EMG a kortikospinální excitability, a (2) prozkoumat vztah mezi kortikospinální excitabilitou, EMG a silová opatření. Výsledky studie mohou pomoci pochopit základní neurologický a biomechanický mechanismus cvičebního tréninku a pomoci navrhnout tréninkové nebo rehabilitační protokoly pro sportovce nebo pacienty s poraněním ramene.

Přístup

Ke zkoumání účinku cvičení rotátorové manžety bude použit randomizovaný kontrolovaný experimentální design. Zdravé subjekty budou vybrány a náhodně rozděleny do dvou skupin, cvičební a kontrolní skupiny.

Všechna opatření budou provedena dvakrát, před a po čtyřtýdenní léčbě. Elektrody pro tenkou elektromyografii (EMG) budou vloženy do supraspinatus a infraspinatus svalů rotátorové manžety. Pro střední deltový a lopatkový sval budou použity povrchové EMG elektrody. K posouzení kortikospinální dráždivosti deltového svalu a svalů rotátorové manžety bude použita transkraniální magnetická stimulace (TMS). Plochá dvoucívková stimulační cívka bude použita k poskytnutí jednopulzní stimulace přes motorickou kůru, přibližně 4 cm laterálně od půlení střední linie a biaurikulární linie. Na paži, lopatku a hrudník budou připevněny elektromagnetické sledovací senzory pro měření kinematiky ramen.

Parametry kortikospinální excitability budou také měřeny, když je paže v elevaci 90° se základní úrovní svalové kontrakce 10% maximální dobrovolné kontrakce (MVC). Intenzita stimulace TMS bude nastavena na 10 % pod prahovou hodnotou a zvyšována v 5% krocích, dokud se odpověď nenasytí. Při každé intenzitě stimulace bude dodáno pět stimulů. Bude měřena vrcholová amplituda motorického evokovaného potenciálu (MEP) a zprůměrována v pěti pokusech pro každou intenzitu. Křivka vztahu mezi intenzitou stimulace a amplitudou MEP je sigmoidální a bude odpovídat Boltzmannově rovnici.

MEP(y) = MEPmax/(1+ e^(m(S - 50s)))

V této rovnici je MEP(s) amplituda motorem evokovaného potenciálu, MEPmax je maximální amplituda MEP, m je sklon funkce a S50 je intenzita stimulu, při které je MEP 50 % MEPmax. Vrcholový sklon funkce nastává v S50. Práh křivky je průsečík x tečny k funkci v bodě maximálního sklonu.

K modelování kortikospinální dráždivosti budou použity tři parametry, MEPmax, m, a x-intercept prah, který poskytuje více podrobností o dráždivosti kortikospinálního traktu. Hodnota prahu x-interceptu je podobná motorickému prahu a představuje intenzitu stimulu potřebnou k aktivaci nejvíce excitabilních kortikospinálních elementů a motoneuronů. Sklon udává účinnost náboru (zisk) kortikospinálního traktu. MEPmax odráží rovnováhu mezi excitačními a inhibičními složkami kortikospinálního traktu.

Lopatková a humerální kinematika a dynamické EMG rotátorové manžety a deltových svalů budou zaznamenány během tří pokusů elevace paže v rovině lopatky. EMG data budou vypočítána ze čtyř 30° přírůstků pohybu během elevace paže od 0° do 120°. Kinematika lopatky bude prezentována při 30°, 60°, 90° a 120° elevace humeru.

U subjektů bude testována propriocepce ramene. Budou nosit brýle, které jim poskytnou vizuální vodítko, aby dosáhli cíle. Budou prezentovány tři cílové polohy: humerotorakální elevační úhly 50°, 70° a 90° v rovině lopatky. Subjekty budou instruovány, aby znovu dosáhly cíle bez jakýchkoli vizuálních podnětů po uvolnění paží na boku. Budou vypočteny chyby mezi cílovým úhlem a úhlem, který vrátili.

Oba léčebné programy potrvají čtyři týdny. Subjekty ve cvičební skupině budou mít standardní rehabilitační cvičení pro ramenní impingement syndrom. Cvičení bude vycházet z předchozí léčebné studie provedené Dr. Kardunou a bude upraveno tak, aby kladl důraz na usnadnění a posílení svalů rotátorové manžety. Subjekty v kontrolní skupině nebudou mít žádné cvičení. Kontrolní subjekty budou požádány o zachování své pravidelné činnosti a budou mít pouze dvě hodnocení.

Ke zkoumání rozdílů v neuromuskulární kontrole po léčbě mezi kontrolní a cvičební skupinou bude použita dvoucestná analýza variance smíšeného designu (ANOVA). Závislými proměnnými budou změny kinematiky, EMG a excitability po léčbě. Nezávislými proměnnými budou elevační úhly a skupiny humeru. Korelace mezi změnami měření TMS, měření EMG a sil bude zkoumána pomocí korelační analýzy.