Vliv únavy a Biofreeze® na biomechaniku běhu

Zpožděný nástup svalové bolesti (DOMS) je běžnou stížností mnoha běžců, od začátečníků po experty. DOMS může ovlivnit primární hybatele v lokomoci, včetně, aniž by byl výčet omezující, flexorů a extenzorů kyčle, flexorů a extenzorů kolena a plantárních flexorů kotníku. Při běhu s DOMS může být mechanika kyčle, kolena a kotníku ovlivněna tak, že může způsobit ochrannou kompenzaci, aby se zabránilo dalšímu poškození nebo zmírnění bolesti v postiženém svalstvu. Jedním z běžných jevů je DOMS v extenzorech kolene po delším běhu. DOMS vyskytující se v extenzorech kolene může výrazně ovlivnit biomechaniku sagitálního kolenního kloubu (Dutto a Braun 2004; Paquette et al., 2017). Přesněji řečeno, tyto změny v mechanice kolen mohou zvýšit tuhost kolena v počátečním postoji, což má za následek zvýšení vertikální tuhosti nohou. Tato změna tuhosti kolena potenciálně slouží jako ochranný kompenzační mechanismus proti prodloužení extenzorů kolena (Paschalis et al., 2007; Tsatalas et al., 2010). Změna mechaniky běhu (v důsledku DOMS nebo únavy) může potenciálně vést ke zvýšenému riziku zranění souvisejících s běháním.

Jedním z potenciálních způsobů, jak snížit nebo zmírnit vliv svalové bolesti na biomechaniku běhu, je použití topických analgetik (Ellis et al., 2005). Lokální analgetika, jako je Biofreeze®, fungují tak, že se navážou na receptory bolesti, které přenášejí signál do mozku a přenášejí signál zpět do svalu, aby chránily sval tím, že zůstávají ve zkrácené poloze, a ovlivňují jak produkci síly, tak biomechaniku běhu (Johar et al., 2012). Blokování tohoto signálu by mělo jedinci umožnit zmírnit svalovou bolest a vrátit svalovou funkci a kloubní mechaniku na úroveň před DOMS. Interaktivní účinek svalové bolesti a lokálního analgetika na biomechaniku běhu však zůstává neznámý. Snížení bolesti svalů související s DOMS může vést ke zlepšení výkonu při běhu nebo alespoň k většímu pohodlí v každodenním životě při jednání s DOMS. K dnešnímu dni bylo provedeno jen málo výzkumů o interaktivním účinku DOMS léčených lokálním analgetikem na biomechaniku běhu.

Experimentální protokol

Subjekty: Do studie bude přijato dvacet subjektů ve věku 17-40 let. Účastníci budou považováni za rekreační běžce (minimálně 17 let, běh 20 km týdně bez nedávných nebo současných zranění). Od všech subjektů bude získán písemný informovaný souhlas.

Experimentální postupy: Před jakýmkoli experimentálním postupem proběhne krátká seznamovací schůzka účastníků a budou provedena antropometrická měření potřebná pro analýzu zachycení pohybu. Dále bude účastníkům umožněno zahřát se běžnou chůzí/během/strečinkem. Po dokončení budou účastníci vybaveni našimi biomechanickými zařízeními (viz níže). Dále budou účastníci běhat na běžícím pásu. Každý běh bude trvat 5-10 minut a účastníci poběží dvěma různými rychlostmi (2 a 3 m/s), protože excentrické cvičení jak extenzorů, tak flexorů kolena na konkrétní tempo-prostorové parametry a kolenní kinematiku běhu jsou závislý na rychlosti. Po běhu při obou rychlostech budou účastníci provádět náš protokol DOMS (viz níže). 48 hodin po protokolu DOMS se účastníci vrátí do laboratoře pro přesně stejný provozní protokol, jak je popsáno výše. Dále bude účastníkům aplikován Biofreeze® (nebo placebo) (viz níže) a 15 minut po aplikaci účastníci znovu provedou běžící protokol (viz časová osa níže)

Den 1:

• Seznámení s protokolem a oblastí laboratoře
• Antropometrická měření
• Kinematická analýza běhu – BASELINE (EMG a Motion Capture)
• Protokol DOMS (Odmítnout běh na běžeckém pásu) Den 2: (48 hodin po protokolu DOMS)
• Měření DOMS (Pressure Pain Threshold - viz příloha, Subjektivní analýza)
• Kinematická analýza běhu vyvolaná DOMS
• Aplikace Biofreeze / Aplikace Control (Placebo).
• Zásah běžící kinematickou analýzu
• EMG a Motion Capture během obou relací

Protokol DOMS k vyvolání bolesti: Protokol DOMS se bude skládat z účastníků, kteří provádějí 30minutový klesající protokol běhu na běžícím pásu. Účastník se nejprve zahřeje po dobu 5 minut lehkým tempem chůze na stupeň 0 %. Jakmile se účastník seznámí s běžeckým pásem a je připraven, bude běžecký pás nastaven na stupeň -10 % (pokles) a účastníci budou pracovat až do 85 % svého předpokládaného maxima srdeční frekvence (PHRM). Jakmile je dosaženo 85% PHRM, spustí se 30minutový časovač a účastník se zaměří na udržení této úrovně intenzity pomocí sledování spotterem, který zůstane na straně účastníků. Účastník bude připnut do bezpečnostního klíče na běžeckém pásu po celou dobu, kdy bude na běžeckém pásu.

Kinematika: Trojrozměrná kinematika spodní části těla bude sledována pomocí 10-kamerového systému pro zachycení pohybu Vicon (Vicon, Oxford, UK). Jednotlivé značky budou umístěny nad anatomickými orientačními body, včetně mediálních a laterálních kotníků, chodidla (pata, distální metatarzy), mediálních a laterálních kondylů kolena, větších trochanterů kyčle, pánve (přední trny kyčelní horní, trny kyčelní zadní horní), a trup (xiphoidní výběžek, suprasternální zářez, obratle T10, obratle C7 a středo-dolní skapulární orientační bod pro identifikaci polohy). Kromě toho budou na zakázku tvarovaná tuhá tělesa sestávající z lehkých reflexních značek připevněna k dorzálnímu povrchu nohy, laterálně uprostřed bérce, laterálně v polovině stehna a v zadní části pánve (sakrálně-iliakální oblast). Pevná tělesa budou použita ke sledování pohybu segmentu během experimentálního testování. Statická kalibrace určí vztah mezi tuhými tělesy a kalibračními značkami přes anatomické orientační body a následně kloubní centra a souřadnicové systémy segmentů. Značky budou připevněny buď suchým zipem, nylonovým páskem, lékařskou páskou nebo oboustrannou páskou v závislosti na každém jednotlivém místě.

Elektromyografie (EMG): Svalová aktivita bude zaznamenávána pomocí povrchové elektromyografie (SEMG) a před umístěním elektrod budou provedeny standardní přípravy včetně oholení povrchu a očištění pokožky alkoholem (SOP 07 - Surface EMG). Před umístěním elektrod budou vyšetřovatelé vyžadovat lokalizované oholení na níže uvedených místech, aby se zlepšila kvalita našich záznamových míst. Bude použit jednorázový holicí strojek a pokud dojde ke krvácení nebo popálení žiletkou, stane se to prioritou, spíše než pokračováním v protokolu. SEMG bude zaznamenáno z 8 svalů dolních končetin (bilaterálně). Vybrané svalové skupiny budou zahrnovat:

1. Extenzory kolen: vastus medialis, vastus lateralis, rectus femoris, vastus intermedius
2. Flexory kolena: biceps femoris, semimembranosus, semitendinosus
3. Plantární flexory kotníku: laterální gastrocnemius

Po přípravě elektrod, která zahrnovala oholení a drhnutí alkoholem, se na každé svalové břicho umístí jednorázové bipolární povrchové elektrody Ag-AgCl (MediTrace 130, Kendall, Mansfield, MA, USA) zarovnané s orientací svalových vláken s mezielektrodou od středu ke středu. vzdálenost 2,5 cm. EMG bude filtrováno pásmovou propustí (10-1000 Hz) a diferenciálně zesíleno (CMRR > 115 dB při 60 Hz; vstupní impedance -10 GQ; Model AMT-8, Bortec Biomedical Ltd., Calgary, AB, Kanada).

Po přípravě účastníci provedou sérii maximálních dobrovolných kontrakcí k normalizaci EMG signálů. Účastníci provedou izometrickou maximální flexi a extenzní kontrakce kolena, aby normalizovali EMG signály. Všechna EMG data budou digitálně zaznamenávána s frekvencí 2048 Hz.

Tlakový práh bolesti: Práh tlakové bolesti bude použit k posouzení svalové citlivosti a je definován jako minimální množství tlaku, které způsobuje bolest. Vyšší tlakový práh bolesti ukazuje na nižší citlivost svalů. Práh tlakové bolesti bude měřen pro pravý kvadriceps každého účastníka na začátku každého cvičení před jakýmkoli dalším testováním. Účastníci budou instruováni, aby řekli „ano“ v okamžiku, kdy ucítí spíše bolest než tlak. S účastníkem v uvolněné poloze ve stoje umístí vyšetřovatel sondu algometru do střední čáry pravého kvadricepsu uprostřed mezi hřebenem kyčelního kloubu a horní hranicí čéšky. Vyšetřovatel bude postupně aplikovat sílu konstantní rychlostí 50-60 kPa s-1, dokud účastník neukáže bolest. Tři pokusy s 30sekundovým intervalem mezi měřeními budou měřeny algometrem se stimulační plochou 1,0 cm2 (Lafayette Instrument Company, Manual Muscle Tester, Model 01163, Lafayette, Indiana, USA.) a data budou zaznamenána v kilogramech/ cm2 s přepočtem na kilopascaly (1kg/cm2=98,1 kPa). Pro analýzu bude použit průměr ze tří pokusů.

Vnímaná bolest (subjektivní analýza bolesti): Bolestivost svalů bude také měřena pomocí numerické hodnotící stupnice BS-11 (NRS). NRS umožní účastníkům vyjádřit míru bolesti ve vztahu ke svalové bolesti, kterou zažili. NRS je 11bodová škála v rozmezí 0-10, přičemž 0 je definována jako „absolutně žádná svalová bolestivost“ a 10 je definována jako „nejhorší svalová bolest, kterou kdy pocítil“.

Míra vnímané námahy: K měření míry vnímané námahy bude použita zjednodušená stupnice (1-10, 1 je minimální námaha a 10 je maximální námaha udržitelná jen několik sekund). To bude shromážděno a zprůměrováno během každé probíhající části studie (základní linie, DOMS, Biofreeze/kontrola).

Aplikace Biofreeze® (nebo placebo): Na kvadriceps se aplikuje topický krém. Pokud Biofreeze, 8 ml topického analgetika bude aplikováno na svalové břicho kvadricepsu. Způsob aplikace nebude zahrnovat žádnou podstatnou sílu, tlak nebo tření, a proto se neočekává žádná reflexní aktivace. Tato dávka Biofreeze® je založena na odhadu, že průměrná plocha povrchu kůže na kvadricepsu je přibližně 1600 cm2 a doporučené dávkování Biofreeze® je 1 ml na 200 cm. Ke stejnému procesu dojde u krému s placebem. Výzkumníci budou slepí vůči aplikaci Biofreeze® nebo placeba. Skupiny budou náhodně rozděleny do kontrolních nebo experimentálních podmínek.