Effekterne af træningstræning på skulder neuromuskulær kontrol

Betydning

Det menneskelige skulderkompleks ofrer stabilitet i bytte for en lang række bevægelser, der er nødvendige for håndmanipulation. På grund af den iboende ustabilitet af knoglekongruensen og ledbåndsbegrænsning spiller dynamisk kontrol af musklerne en vigtig rolle i at stabilisere skulderen under bevægelse. Rotator cuff-musklerne fungerer som den primære stabilisator af skulderleddet, mens deltoideus giver det meste af det moment, der er nødvendigt for bevægelse. Derfor er koordinationen af ​​deltoideus og rotator cuff-musklerne afgørende for en jævn og effektiv skulderfunktion. Forringelse af den neuromuskulære kontrol af disse muskler kan føre til skade og smerte. Som følge heraf sigter rehabiliteringsprogrammer på at genoprette den normale neuromuskulære kontrol af disse skuldermuskler for at hjælpe med at mindske smerter og forbedre skulderfunktionen. Selvom rehabiliteringsprogrammer har vist positive effekter på smertereduktion og funktionel forbedring, er det stadig uvist, om de tjener til at forbedre den neuromuskulære kontrol af skuldermusklerne.

Mens deltoideus yder det meste af det drejningsmoment, der er nødvendigt for at hæve skulderen, kan den også producere en overordnet direkte kraft på glenoiden. Denne forskydningskraft har en tendens til at trække overarmshovedet overlegent, hvilket kan resultere i et fald i det subakromiale rum. Når rotatorcuff-musklerne fungerer korrekt, resulterer rotatorcuff-musklernes virkelinje i en centreringskraft, som kan hjælpe med at fastholde humerushovedet i midten af ​​glenoid fossa. Det er imidlertid blevet antaget, at hvis rotatorcuff-musklerne ikke er i stand til at producere tilstrækkelig kraft under armbevægelser, resulterer den overordnede forskydningskraft, der produceres af deltoideus, i overlegen translation af humerushovedet. Denne unormale forskydning kan resultere i indvirkning af subakromiale væv og i sidste ende føre til vævsskade og smerte.

Traditionelt fokuserer skulderrehabiliteringsprogrammer på at styrke rotatorcuff-musklerne ved at bruge skulderbevægelser, hvor rotatorcuff-musklerne viser høj muskelaktivitet. Men selvom disse aktiviteter fører til en styrkelse af rotatormanchetten, er det ukendte, om den gentagne belastning, der påføres rotatorcuffen, resulterer i neuromuskulære tilpasninger, der vil hjælpe med at modvirke deltoideusforskydningskraften.

Dette stress ved rehabilitering kan inducere de neurologiske og fysiologiske ændringer i neuromuskulære strukturer og ændrer således den neuromuskulære kontrol af hele skulderkomplekset. Kinematik og elektromyografiske (EMG) målinger er blevet brugt i vid udstrækning til at studere neuromuskulær kontrol. Mens kinematiske mål viser bevægelsesmønstre, demonstrerer EMG timingen, rækkefølgen og størrelsen af ​​muskelfyringen. Unormal kinematik og EMG-mønstre er blevet påvist hos patienter med skulderimpingement. Måling af parametre for neuromuskulær kontrol kan føre til en bedre forståelse af den underliggende mekanisme ved skuldertræning, og hvordan de neuromuskulære strukturer tilpasser sig stressen i træningstræningen. Mere specifikt kan disse vurderinger bruges til at vurdere, om et genoptræningsprogram resulterer i en positiv tilpasning, der kan hjælpe skuldermuskulaturen til at håndtere stressen fra aktiviteter som overhead sportsaktiviteter og at bære eller løfte tunge genstande. I sidste ende kan dette bruges til at designe et mere effektivt træningsprogram for atleter og et effektivt genoptræningsprogram for patienter med skulderskader.

Innovation

Når skulder neuromuskulær kontrol undersøges inden for biomekanik, ortopædisk rehabilitering og sport, er fokus generelt på kinematik og EMG. Disse kinematik og EMG-parametre repræsenterer, hvordan skulderkomplekset styres under bevægelse som et resultat af udførelse af motorkommandoer. Corticospinal excitabilitet, som er blevet bredt undersøgt hos patienter med neurologiske lidelser, er også for nylig blevet anvendt i biomekanik, ortopædisk rehabilitering og sportsbaner. Corticospinal excitabilitet repræsenterer effektiviteten af ​​neural transmission langs den corticospinal pathway. Ud over neurologisk svækkelse kan ortopædiske skader og smerter også påvirke corticospinal excitabilitet. For eksempel hos personer med ikke-traumatisk skulderinstabilitet viser den nedre trapezius nedsat excitabilitet. Eksperimentelle toniske muskelsmerter over den første dorsale interosseøse resulterer også i hæmning af kortikal og spinal excitabilitet. På samme måde er eksperimentelt fremkaldte akutte lændesmerter forbundet med forskellige effekter på kropsmusklerne. De dybe mavemuskler, såsom transversus abdominis, viste reduceret corticospinal excitabilitet. I kontrakt viste mere overfladiske muskler, såsom lumbal erector spinae og ekstern skrå abdominis, øget excitabilitet. Ud over kinematik og EMG-målinger, som demonstrerer den overordnede motoriske strategi, er corticospinal excitabilitet en anden lovende parameter til at undersøge detaljerne om, hvordan deltoideus- og rotatorcuff-musklerne styres fra den primære motoriske cortex gennem rygmarven til musklen.

Mens konsekvente beviser tyder på, at motorisk træning er forbundet med øget excitabilitet, er effekterne af styrketræning på corticospinal excitabilitet stadig ikke velkendte og kan afhænge af musklerne og træningsopgaven. Træningen af ​​neuromuskulær kontrol kan være forbundet med både motorisk læring og styrketræning. Kontrol- og affyringsmønstret kan genlæres direkte bevidst, hvilket involverer øget styrke og motorisk indlæring. Da det er forbundet med en læreproces, kan excitabilitet øges efter træning. Det er vist, at ændringer i excitabiliteten er korreleret med en motorisk indlæringseffekt, således at ændringer i excitabilitet efter træning kan være korreleret med ændringer af rotator cuff EMG. Efter gentagen praksis kan de bevidste bevægelsesmønstre blive automatiske og dermed ændre EMG-mønsteret for rotator cuff aktivering.

Formålet med studiet er at (1) undersøge effekten af ​​træningstræning på den neuromuskulære kontrol af skulderkompleks hos raske forsøgspersoner, herunder kinematik, EMG og corticospinal excitabilitet, og (2) at undersøge sammenhængen mellem corticospinal excitabilitet, EMG og kraftforanstaltninger. Resultaterne af undersøgelsen kan hjælpe med at forstå den underliggende neurologiske og biomekaniske mekanisme ved træningstræning og hjælpe med at designe trænings- eller rehabiliteringsprotokollerne for atleterne eller patienten med skulderskader.

Nærme sig

Et randomiseret kontrolleret eksperimentelt design vil blive brugt til at undersøge effekten af ​​rotator cuff-øvelser. Raske forsøgspersoner vil blive rekrutteret og tilfældigt fordelt i to grupper, trænings- og kontrolgrupper.

Alle foranstaltninger vil blive foretaget to gange, før og efter en fire ugers behandling. Fin-wire elektromyografi (EMG) elektroder vil blive indsat i supraspinatus og infraspinatus musklerne i rotator cuff. Overflade-EMG-elektroder vil blive brugt til de midterste deltoideus- og skulderbladsmuskler. Transkraniel magnetisk stimulation (TMS) vil blive brugt til at vurdere den kortikospinale excitabilitet af deltoideus og rotator cuff-musklerne. En flad dobbeltspole-stimuleringsspole vil blive brugt til at give en enkelt-puls-stimulus over den motoriske cortex, ca. 4 cm lateralt for halveringen af ​​midterlinjen og den biaurikulære linje. Elektromagnetiske sporingssensorer vil blive fastgjort til armen, scapula og thorax for at måle skulderkinematik.

Parametrene for corticospinal excitabilitet vil også blive målt, når armen er i 90° højde med et baseline muskelkontraktionsniveau på 10 % maksimal frivillig kontraktion (MVC). TMS-stimuleringsintensiteten indstilles til 10 % under tærskelværdien og øges i intervaller på 5 %, indtil responsen er mættet. Fem stimuli vil blive leveret ved hver stimuleringsintensitet. Top-to-peak amplituden af ​​det motoriske fremkaldte potentiale (MEP) vil blive målt og gennemsnittet over de fem forsøg ved hver intensitet. Kurven for forholdet mellem stimuleringsintensitet og MEP-amplituden er sigmoidal og vil passe med Boltzmann-ligningen.

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

I denne ligning er MEP(er) amplituden af ​​motorfremkaldt potentiale, MEPmax er den maksimale MEP-amplitude, m er funktionens hældning, og S50 er stimulusintensiteten, ved hvilken MEP er 50 % af MEPmax. Funktionens spidshældning forekommer ved S50. Kurvens tærskel er x-skæringspunktet for tangenten til funktionen ved punktet med maksimal hældning.

Tre parametre, MEPmax, m og x-intercept-tærskel, vil blive brugt til at modellere den corticospinal excitabilitet, som giver flere detaljer om excitabiliteten af ​​corticospinalkanalen. Værdien af ​​x-intercept-tærskelværdien svarer til den motoriske tærskel og repræsenterer den stimulusintensitet, der er nødvendig for at aktivere de mest excitable corticospinalelementer og motoneuroner. Hældningen angiver rekrutteringseffektiviteten (gevinsten) af corticospinalkanalen. MEPmax afspejler balancen mellem excitatoriske og hæmmende komponenter i corticospinalkanalen.

Scapular og humeral kinematik og den dynamiske EMG af rotator cuff og deltoideus muskler vil blive registreret under tre forsøg med arm elevation i scapular plan. Den gennemsnitlige kvadratiske EMG-data vil blive beregnet over fire trin på 30° af bevægelse under arm elevation fra 0° til 120°. Scapular kinematik vil blive præsenteret ved 30°, 60°, 90° og 120° overarmshøjde.

Forsøgspersonerne vil blive testet i skulderproprioceptionen. De vil bære en beskyttelsesbriller, som vil give de visuelle signaler til at guide dem til at nå målet. Tre målpositioner vil blive præsenteret: humerothoracale elevationsvinkler på 50°, 70° og 90° i skulderbladsplanet. Forsøgspersonerne vil blive instrueret i at nå målet igen uden nogen visuelle signaler efter at have slappet af med armene ved siden. Fejlene mellem målvinklen og den vinkel, de returnerede, vil blive beregnet.

Begge behandlingsprogrammer varer fire uger. Forsøgspersonerne i træningsgruppen vil have standard rehabiliteringsøvelser for skulderimpingementsyndromet. Øvelsen vil være baseret på et tidligere behandlingsstudie udført af Dr. Karduna og vil blive modificeret for at understrege facilitering og styrkelse af rotator cuff-musklerne. Forsøgspersonerne i kontrolgruppen får ingen motion. Kontrolpersonerne vil blive bedt om at opretholde deres almindelige aktiviteter og har kun to vurderinger.

En to-vejs mixed-design variansanalyse (ANOVA) vil blive brugt til at undersøge forskellene i neuromuskulær kontrol efter behandlingen mellem kontrol- og træningsgruppen. De afhængige variabler vil være ændringerne i kinematik, EMG og excitabilitet efter behandlingen. De uafhængige variabler vil være humerus elevationsvinkler og grupper. Sammenhængen mellem ændringer af TMS-mål, EMG-målene og kræfterne vil blive undersøgt med en korrelationsanalyse.