Rolle sensorischer Defizite bei der sensomotorischen Kontrolle bei Sportlern mit chronischer Knöchelinstabilität

Merkmale der chronischen Knöchelinstabilität (CAI): Die seitliche Knöchelverstauchung ist eine der häufigsten Verletzungen des Bewegungsapparates in den Sportkliniken. Die hohe Prävalenz von lateralen Knöchelverstauchungen in Kombination mit einer hohen Rezidivrate und anhaltenden Postverstauchungssymptomen machen laterale Knöchelverstauchungen und ihre Folgeerscheinungen zu einer erheblichen gesundheitlichen Beeinträchtigung und Belastung für das Gesundheitswesen. Obwohl laterale Knöchelverstauchungen im Allgemeinen als harmlose Verletzungen gelten, wird geschätzt, dass 40 % der Personen mit lateralen Knöchelverstauchungen anschließend innerhalb des ersten Jahres nach einer lateralen Knöchelverstauchung eine chronische Knöchelinstabilität entwickeln.

Chronische Knöchelinstabilität ist durch wiederholte Verstauchungen, wahrgenommene Instabilität und Nachgeben gekennzeichnet und kann in zwei Kategorien eingeteilt werden: mechanische und funktionelle Knöchelinstabilität. Die mechanische Instabilität des Sprunggelenks ist eine Folge des Verlusts mechanischer struktureller Einschränkungen (z. B. Bänder); wohingegen sich funktionelle Instabilität auf eine Instabilität bezieht, die mit einer veränderten Haltungskontrolle und einer verringerten Funktionsfähigkeit aufgrund einer beeinträchtigten sensomotorischen Kontrolle, einschließlich einer veränderten Muskelrekrutierung um den Knöchel und einer Beeinträchtigung des propriozeptiven Systems usw., zusammenhängt. Es wurde festgestellt, dass CAI nicht nur die sportliche Leistung beeinträchtigt, sondern auch mit einer geringeren Lebensqualität und einer erhöhten Wahrscheinlichkeit (68–75 %) für die Entwicklung einer Knöchelarthritis verbunden ist. Hertel berichtete, dass Personen mit Knöchelinstabilität ein höheres Risiko für wiederkehrende Knöchelverstauchungen hätten und die Behandlung der CAI-Symptome zeitaufwändig und kostspielig sein könne. Im Zusammenhang mit CAI wurden zahlreiche Beeinträchtigungen berichtet, die vom Verlust der Gelenkbeweglichkeit und Muskelkraft über beeinträchtigte Propriozeption und Empfindung, schlechte Haltungskontrolle und neuromuskuläre Leistung bis hin zu veränderten Bewegungsmustern reichen. Allerdings sind die Mechanismen und Managementstrategien in vielen Aspekten noch nicht klar verstanden. Daher wurde eine große Vielfalt an Interventionen vorgeschlagen, deren Ergebnisse jedoch inkonsistent waren.

Konzeptionelles Modell für die Entwicklung von CAI: Die Theorie, die schlechte neuromuskuläre Kontrolle und CAI miteinander verbindet, wird seit mehr als einem halben Jahrhundert diskutiert. Es wurde angenommen, dass nach der Verstauchung des Sprunggelenks einige Gelenkrezeptoren und periphere Nervenfasern rund um das Sprunggelenk beeinträchtigt waren, was zu einer Beeinträchtigung der Reflexreaktionen und der funktionellen Stabilität des Sprunggelenks führte. Weitere Forscher berichteten später, dass CAI nicht nur sensorische Defizite aufwies, sondern auch Defizite in der motorischen Kontrolle, und dass diese Veränderungen im sensomotorischen System schließlich zu einem Funktionsverlust führen würden. Im Jahr 2019 haben Hertel et al. (2019) überarbeiteten das aktuelle Modell für die Entwicklung von CAI. Es wird vermutet, dass die anfängliche Knöchelverletzung das Nervensystem beeinflussen und das Gleichgewicht und die Stabilität zwischen Empfindung, Wahrnehmung und motorischer Funktion stören würde. Diese Störungen würden zu einer Selbstanpassung des sensomotorischen Systems führen, um zu versuchen, sich an den veränderten Zustand anzupassen, und könnten folglich zu langfristigen Veränderungen im neuronalen Netzwerk führen und Einzelpersonen anhaltenden Symptomen der Instabilität aussetzen. Dieses neu überarbeitete Modell integriert sowohl periphere als auch zentrale sensomotorische Systeme, um die Entwicklung von CAI zu erklären; Es zeigt jedoch deutlich, dass die zentrale sensomotorische Verarbeitung bei Personen mit CAI weniger erforscht ist, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen von CAI auf den somatosensorischen Kortex.

Personen mit CAI haben eine schlechtere neuromuskuläre Leistung: Die Wirkung von CAI auf die neuromuskuläre Kontrolle und Haltungsstabilität wurde ausführlich untersucht. Zu den Forschungsthemen von Interesse gehörten veränderte Reflexe und neuromuskuläre Hemmung, Muskelaktivierungsmuster (Timing, Rekrutierungsreihenfolge und Amplitude) und Gelenkmechanik der unteren Extremitätensegmente bei plötzlichen Inversionsstörungen oder Sprunglandungen sowie Haltungskontrolleigenschaften bei Gleichgewichtstestaufgaben. Es besteht allgemein Einigkeit darüber, dass Menschen mit CAI niedrigere Hmax/Mmax-Verhältnisse (H-Reflex/M-Reflex-Verhältnisse) des Musculus soleus und Peroneus longus hatten als die unverletzten Kontrollpersonen, was darauf hindeutet, dass die neuronale Erregbarkeit der Wirbelsäulenebene bei Menschen mit CAI vermindert war ; Diese Population zeigte auch eine veränderte Muskelaktivierung der Muskeln Peroneus, Tibialis anterior und Soleus sowie veränderte Strategien zur Gleichgewichtskontrolle. Aktuelle Veröffentlichungen zur systematischen Überprüfung und Metaanalyse von Hoch und McKeon (2014) und von Thompson et al. (2018) zeigten, dass es starke Belege dafür gibt, dass Defizite des dynamischen Gleichgewichts, der peronealen Reaktion und der Eversionskraft zu CAI beitragen. Aufgrund der starken Evidenz, die auf eine motorische Beeinträchtigung bei CAI hinweist, war die vorherrschende Interventionsstrategie für diese Population bisher auf die motorische Leistungsfähigkeit ausgerichtet.

Defizite in der Somatosensation bei Menschen mit CAI Propriozeptive Defizite bei CAI stehen seit Jahrzehnten im Mittelpunkt der Forschung. Thompsons et al. (2018) gaben an, dass es bei CAI im Vergleich zu Kontrollen mäßige Belege für aktive und passive Propriozeptionsdefizite gab. Laut der neuesten systematischen Überprüfung und Metaanalyse von Xue et al. (2021) zeigten CAI-betroffene Knöchel im Vergleich zur kontralateralen Seite eine schlechtere Knöchelkinästhesie sowohl bei der Inversion als auch bei der Plantarflexion; und Personen mit CAI zeigten im Vergleich zu den gesunden Kontrollpersonen Kinästhesiedefekte und aktive Gelenkrepositionierungsdefizite in der Frontalebenenbewegung (sowohl Inversion als auch Eversion). Erst in den letzten Jahren wurde den Defiziten der Hautempfindung mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Hoch et al. (2012) fanden heraus, dass die Plantaroberfläche am Kopf des ersten Mittelfußknochens, an der Basis des fünften Mittelfußknochens und an der Ferse entlang der Innervation der Suraläste weniger empfindlich auf taktile Vibrationsstimulation reagierte als bei Nicht-CAI-Personen und Schienbeinnerven. Burcal und Wikstrom fanden ähnliche Ergebnisse, dass Menschen mit CAI höhere Semmes-Weinstein-Monofilamentschwellen am Kopf des ersten Mittelfußknochens, an der Basis des fünften Mittelfußknochens und am Sinus tarsi aufwiesen31. Die mögliche Beteiligung einer Beeinträchtigung der Hautempfindung bei CAI hat zu dem jüngsten Ansatz sensorisch gezielter Interventionen in dieser Population geführt.

Defizite in der zentralen sensomotorischen Kontrolle bei CAI: Wie in den vorherigen Absätzen beschrieben, basiert die klassische Theorie hinter der Knöchelinstabilität auf Schäden an Gelenkrezeptoren und peripheren Nervenfasern. Neue Daten haben jedoch gezeigt, dass propriozeptive sensorische Defizite nicht ausreichen, um die neuromuskulären Defizite bei Menschen mit CAI zu erklären, und dass weitere Forschung erforderlich ist, um festzustellen, wie CAI die zentrale sensomotorische Kontrolle beeinflusst.

Frühere Studien haben gezeigt, dass bei Personen mit chronischen Muskel-Skelett-Dysfunktionen wie Schulter-Impingement und Schmerzen im unteren Rücken die Integration kortikospinaler Bahnen beeinträchtigt sein kann, was sich in einer höheren aktiven motorischen Schwelle, einer längeren kortikalen Ruhephase, einem verringerten kortikalen Kartierungsbereich und einem verschobenen Schwerpunkt äußert des kortikalen Kartierungsbereichs. Eine mögliche Beeinträchtigung der kortikospinalen Kontrolle bei CAI wurde kürzlich in einigen Studien untersucht. Während Pietrosimone und Gribble (2012), Shih et al. (2017) und Terada et al. (2022) berichteten, dass die Muskeln rund um das Sprunggelenk eine beeinträchtigte kortikospinale Erregbarkeit aufwiesen (verringertes motorisch evoziertes Potenzial der Muskeln Peroneus longus und Soleus). Die beiden systemischen Überprüfungen mit Metaanalyse stützten diese Ergebnisse nicht und zeigten, dass dies bei Menschen mit oder ohne CAI der Fall war ähnliche supraspinale neuronale Erregbarkeit. Diese Inkonsistenzen könnten mit den Unterschieden im Studiendesign, beispielsweise den Testpositionen und -aufgaben, zusammenhängen.

Über die Rolle der veränderten Erregbarkeit des zentralen Motorsystems bei CAI muss noch Einigkeit erzielt werden. und über die Wirkung von CAI auf den somatosensorischen Kortex war wenig bekannt. Gängige Ergebnismaße zur Bewertung der somatosensorischen kortikalen Aktivierung nutzen die Elektroenzephalographie (EEG), um elektrophysiologische Signale erregender und hemmender Aktionspotentiale in verschiedenen Bereichen des Kortex zu erfassen. Frühere Studien berichteten über Anomalien der P27-Potentiale und somatosensorisch evozierten Potentiale (SEPs) bei Menschen mit Defiziten des vorderen Kreuzbandes (VKB), was auf eine Neuroplastizität des somatosensorischen Kortex nach VKB-Verletzungen hindeutet. Nur eine Studie hat die somatosensorische kortikale Aktivierung bei Menschen mit Knöchelinstabilität untersucht und keinen Unterschied in der somatosensorischen kortikalen Aktivität (ereignisbedingte Desynchronisation (ERD) der oberen Alphafrequenz) zwischen gesunden Kontrollpersonen und Personen mit instabilen Knöcheln festgestellt. Angesichts der starken Belege für Zusammenhänge zwischen zentralen sensomotorischen Defiziten und chronischen Muskel-Skelett-Problemen wie Schmerzen im unteren Rückenbereich und ACL-Defiziten glauben wir, dass zukünftige Forschung erforderlich ist, um die Rolle sensorischer Defizite, insbesondere der zentralen somatosensorischen Aktivierung bei Menschen mit CAI, zu verstehen und weitere Informationen bereitzustellen Erklärung der neurophysiologischen Mechanismen der Knöchelinstabilität.

Die Wiederherstellung der motorischen Leistungsfähigkeit ist die beliebteste Intervention bei CAI: Aus der obigen Übersicht geht klar hervor, dass die Probleme, die einer chronischen Knöchelinstabilität zugrunde liegen, sowohl sensorische als auch motorische Systeme betreffen. Die meisten Interventionsstrategien konzentrierten sich jedoch auf die Wiederherstellung der Defekte in den motorischen Bahnen, einschließlich Muskelstärkung, neuromuskulärem Training, Haltungs- und Gleichgewichtskontrolltraining. Obwohl in vielen Studien positive Auswirkungen dieser Interventionen zur motorischen Wiederherstellung festgestellt wurden, stützte die Synthese der Beweise nur teilweise (begrenztes bis mäßiges Maß) die Wirksamkeit von neuromuskulärem oder Gleichgewichtstraining auf die Muskelleistung, die Haltungsstabilität oder die selbst wahrgenommene Verbesserung.

Neue Erkenntnisse belegen die Wirksamkeit sensorisch orientierter Interventionen bei CAI: Mit zunehmendem Verständnis der Beteiligung sensorischer Defizite bei CAI begannen einige Forscher, Interventionsmethoden zu beschreiben, die hauptsächlich sensorische Eingaben nutzen, wie z. B. planare Massage und Gelenkmobilisierung. Es wurde festgestellt, dass die Gelenkmobilisierung die dynamische Haltungsleistung verbessert, einschließlich der Landekinematik, des Erreichens von Distanzen beim Y-Balance-Test, der Beweglichkeit des Sprunggelenks und Fragebögen zur selbst wahrgenommenen Dysfunktion. Obwohl angenommen wurde, dass die Gelenkmobilisierung eine „Zurücksetzung der sensomotorischen Kontrolle“ bewirken würde, veränderten sich der spinale Reflex und die kortikospinale Erregbarkeit des Musculus soleus und Peroneus longus nach einer Sitzung der Gelenkmobilisierung nicht. Darüber hinaus sorgt die Gelenkmobilisierung nicht nur für eine sensorische Stimulation, sondern bietet auch eine Ausrichtungskorrektur für Menschen mit CAI. Die Wirksamkeit der Gelenkmobilisierung könnte eher auf einer Verbesserung der Knöchelbeweglichkeit als auf einer sensorischen Intervention beruhen. Mehrere Studien haben die Wirkung reiner sensorischer Eingaben, der Plantarmassage, bei Menschen mit CAI untersucht und festgestellt, dass die Plantarmassage die statische Haltungskontrolle wirksam verbessert. In diesen Studien wurde jedoch nur die wahrgenommene Dysfunktion oder funktionelle Leistung gemessen. Bisher wurde kein neurophysiologischer Mechanismus der sensorischen Intervention bei CAI untersucht.

Elektrostimulation als Behandlungsform für CAI: Traditionell wird die neuromuskuläre Stimulation als Behandlungsform für verschiedene Erkrankungen eingesetzt, von peripheren Nervenverletzungen über Erkrankungen mit arthrogener Hemmung wie VKB-Insuffizienz oder patellofemorale Schmerzen bis hin zu neurologischen Erkrankungen wie Schlaganfall oder Wirbelsäulenerkrankungen Nabelschnurverletzung. Zahlreiche Belege haben gezeigt, dass die neuromuskuläre Stimulation die motorischen Funktionen bei diesen Erkrankungen wirksam wiederherstellt. Ein weiterer Ansatz der Elektrostimulation besteht darin, die sensorische Stimulationsebene zu nutzen, um die sensomotorische Kontrolle zu verbessern. Der Grundgedanke ist, dass eine somatosensorische Stimulation die kortikale Plastizität bei Menschen nach einem Schlaganfall verbessern würde. Pan et al. rekrutierte 12 Patienten nach einem Schlaganfall und bewertete die Wirkung einer 40-minütigen sensorischen Elektrostimulation in Kombination mit einem Handrehabilitationsprogramm. Die Veränderungen der sensomotorischen Kontrolle wurden mithilfe der kortikomuskulären Kohärenz (CMC) bewertet. Nach 4-wöchiger Behandlung ist der CMC-Wert der Elektrostimulationsgruppe höher als der der Kontrollgruppe, was darauf hindeutet, dass die motorische Großhirnrinde und die entsprechenden Muskeln einen größeren und physiologisch bedeutsamen funktionellen Zusammenhang haben. Obwohl festgestellt wurde, dass Menschen mit CAI von sensorischen Eingriffen wie der Fußsohlenmassage profitiert haben, wurde kein neurophysiologischer Mechanismus untersucht. Darüber hinaus ist die Anwendung der sensorischen transkutanen Elektrostimulation (TENS) eine relativ risikofreie und einfach umzusetzende Modalität für die Rehabilitation. Allerdings hat keine Studie die Wirkung und Behandlungsmechanismen von TENS bei Menschen mit CAI untersucht.

Forschungslücke und Beitrag der Studie: Aktuelle Forschungsergebnisse belegen, dass Menschen mit chronischer Knöchelinstabilität Defizite im peripheren sensomotorischen System und zentrale motorische Beeinträchtigungen aufweisen, was zu Störungen der sensomotorischen Kontrolle und der funktionellen Leistung führt. Allerdings war wenig darüber bekannt, wie CAI die somatosensorische kortikale Aktivierung beeinflusst. Die Auswirkungen von Krafttraining, neuromuskulärem Kontrolltraining und Haltungs-/Gleichgewichtstraining wurden umfassend auf CAI untersucht, und für diese Personengruppe wurden positive Auswirkungen auf die neuromuskuläre Kontrolle, die kortikospinale Erregbarkeit und die funktionelle Leistung festgestellt. Kürzlich wurde eine sensorische Intervention bei CAI vorgeschlagen und über deren Behandlungseffekt auf die statische und dynamische Haltungskontrolle sowie auf Funktionen berichtet. Basierend auf der Wirksamkeit sensorischer Interventionen und Haltungsanpassungsstrategien, die bei Personen mit CAI gezeigt wurden, ist es sinnvoll zu spekulieren, dass die zentrale somatosensorische Verarbeitung eine Rolle bei der veränderten neuromuskulären Leistung und Erholung (sensorischer Interventionseffekt) von CAI spielen könnte. Diese neurophysiologischen Mechanismen wurden jedoch noch nie untersucht.

Um die oben genannten Probleme anzugehen, möchten wir ein dreijähriges Stipendium beantragen, um zunächst die Wirkung von CAI auf die somatosensorische kortikale Aktivierung, die kortikomuskuläre Kohärenz, die Propriozeption, das Hautgefühl der Plantarflächen und die neuromuskuläre Leistung zu untersuchen. Diese Variablen werden zwischen 45 jungen aktiven Erwachsenen mit CAI und 15 Kontrollpersonen für die Studie im ersten Jahr verglichen. Zweitens werden diejenigen mit CAI randomisiert in drei Gruppen eingeteilt: die sensorische Stimulationsgruppe, die Scheinstimulationsgruppe und die Kontrollgruppe. Die Teilnehmer erhalten 40 Minuten lang eine elektrische Stimulation auf sensorischer Ebene oder eine Scheinstimulation oder gar nichts. Die unmittelbare Wirkung wird untersucht, um die Wirkung der Stimulation auf sensorischer Ebene auf neurophysiologische Mechanismen und die neuromuskuläre Leistung zu verstehen. Anschließend wird die Intervention (sensorische Stimulation durch Bewegung, Scheinstimulation durch Bewegung und Bewegung allein) für 5 Sitzungen in zwei Wochen durchgeführt und der kurzfristige Interventionseffekt zusätzlicher sensorischer Stimulation bewertet.

Die Ergebnisse dieser Studie werden zu einem besseren Verständnis der sensomotorischen Kontrolle bei CAI und der Wirkung sensorischer Stimulationsinterventionen in der Bevölkerung mit CAI führen. Die Daten aus dieser Untersuchung werden Klinikern, Trainern und Forschern eine hervorragende Grundlage für die Behandlung und Verletzungsprävention von CAI bei Sportlern sowie für weitere Forschungen in diesem Studienbereich bieten.