Harjoittelun vaikutukset olkapään hermo-lihashallintaan

Merkitys

Ihmisen olkapääkompleksi uhraa vakauden vastineeksi suuresta liikealueesta, joka tarvitaan käsien manipuloimiseen. Luisen kongruenssin ja nivelsiteiden rajoitteen luontaisen epävakauden vuoksi lihasten dynaamisella ohjauksella on tärkeä rooli olkapään vakauttamisessa liikkeen aikana. Kiertäjämansettilihakset toimivat olkanivelen päävakauttajana, kun taas hartialihakset tarjoavat suurimman osan liikkeelle tarvittavasta vääntömomentista. Siksi hartialihasten ja kiertomansetin lihasten koordinaatio on välttämätöntä sujuvan ja tehokkaan olkapäätoiminnan kannalta. Näiden lihasten hermo-lihashallinnan heikkeneminen voi johtaa loukkaantumiseen ja kipuun. Tästä syystä kuntoutusohjelmien tavoitteena on palauttaa näiden olkapäälihasten normaali hermo-lihashallinta auttaakseen vähentämään kipua ja parantamaan hartioiden toimintaa. Vaikka kuntoutusohjelmat ovat osoittaneet myönteisiä vaikutuksia kivun vähentämiseen ja toiminnan paranemiseen, ei vielä tiedetä, parantavatko ne olkapäälihasten hermo-lihashallintaa.

Vaikka hartialihas antaa suurimman osan vääntömomentista, joka tarvitaan olkapään nostamiseen, se voi myös tuottaa ylivoimaisen suoran voiman glenoidiin. Tällä leikkausvoimalla on taipumus vetää olkaluun päätä ylivoimaisesti, mikä voi johtaa subakromiaalisen tilan pienenemiseen. Kun kiertäjämansettilihakset toimivat oikein, kääntömansettilihasten toimintalinja johtaa keskitysvoimaan, joka voi auttaa pitämään olkaluun pään glenoid fossan keskellä. On kuitenkin oletettu, että jos kiertomansettilihakset eivät pysty tuottamaan riittävästi voimaa käsivarren liikkeen aikana, olkaluun tuottama ylivoimainen leikkausvoima johtaa olkaluun pään ylivoimaiseen translaatioon. Tämä epänormaali siirtymä voi johtaa subakromiaalisten kudosten törmäämiseen ja lopulta kudosvaurioon ja kipuun.

Perinteisesti olkapääkuntoutusohjelmat keskittyvät kiertomansettilihasten vahvistamiseen käyttämällä olkapääliikettä, jossa kiertomansettilihakset osoittavat suurta lihasaktiivisuutta. Vaikka nämä toiminnot johtavat kiertäjämansetin vahvistumiseen, ei tiedetä, johtaako rotaattorimansettiin kohdistuva toistuva rasitus hermolihassopeutumiseen, joka auttaa torjumaan hartialihaksen leikkausvoimaa.

Tämä kuntoutuksen stressi voi aiheuttaa neurologisia ja fysiologisia muutoksia hermo-lihasrakenteissa ja siten muuttaa koko olkapääkompleksin hermo-lihashallintaa. Kinematiikkaa ja elektromyografisia (EMG) mittauksia on käytetty laajasti hermo-lihaskontrollin tutkimiseen. Kinemaattiset mittaukset osoittavat liikekuvioita, kun taas EMG osoittaa lihasten ampumisen ajoituksen, järjestyksen ja suuruuden. Epänormaalia kinematiikkaa ja EMG-kuvioita on osoitettu potilailla, joilla on olkapään kosketus. Hermolihashallinnan parametrien mittaaminen voi johtaa parempaan ymmärrykseen olkapääharjoittelun taustalla olevasta mekanismista ja siitä, kuinka hermo-lihasrakenteet mukautuvat harjoituksen aiheuttamaan rasitukseen. Tarkemmin sanottuna näitä arvioita voidaan käyttää arvioimaan, johtaako kuntoutusohjelma positiiviseen sopeutumiseen, joka voi auttaa olkapäälihaksia käsittelemään stressiä, joka aiheutuu sellaisista aktiviteeteista kuin pään yläpuolella tapahtuva urheilutoiminta ja raskaiden esineiden kantaminen tai nostaminen. Viime kädessä tätä voitaisiin käyttää tehokkaamman harjoitusohjelman suunnitteluun urheilijoille ja tehokkaan kuntoutusohjelman suunnitteluun potilaille, joilla on olkapäävammoja.

Innovaatio

Kun olkapään hermo-lihashallintaa tutkitaan biomekaniikan, ortopedisen kuntoutuksen ja urheilun aloilla, painopiste on yleensä kinematiikassa ja EMG:ssä. Nämä kinematiikka ja EMG-parametrit edustavat sitä, kuinka olkapääkompleksia ohjataan liikkeen aikana moottorikäskyn suorittamisen seurauksena. Kortikospinaalista kiihtyneisyyttä, jota on tutkittu laajasti neurologisista sairauksista kärsivillä potilailla, on viime aikoina sovellettu myös biomekaniikassa, ortopedisessa kuntoutuksessa ja urheilukentillä. Kortikospinaalinen kiihtyvyys edustaa hermovälityksen tehokkuutta kortikospinaalista reittiä pitkin. Neurologisen vajaatoiminnan lisäksi ortopediset vammat ja kipu voivat vaikuttaa kortikospinaaliseen kiihottumiseen. Esimerkiksi henkilöillä, joilla on ei-traumaattinen olkapään epävakaus, alemman puolisuunnikkaan kiihtyvyys on vähentynyt. Myös kokeellinen tonisoiva lihaskipu ensimmäisen selkäluun välisen alueen yli johtaa aivokuoren ja selkärangan kiihottumisen estoon. Samoin kokeellisesti aiheutettu akuutti lannerangan kipu liittyy erilaisiin vaikutuksiin vartalon lihaksiin. Syvät vatsalihakset, kuten transversus abdominis, osoittivat vähentynyttä kortikospinaalista kiihtyneisyyttä. Supistuksessa pinnallisemmat lihakset, kuten lannerangan erector spinae ja ulkoinen vino vatsalihakset, osoittivat lisääntynyttä kiihtyneisyyttä. Kinematiikan ja EMG-mittausten lisäksi, jotka osoittavat yleistä motorista strategiaa, kortikospinaalinen kiihtyvyys on toinen lupaava parametri tutkittaessa yksityiskohtia siitä, kuinka hartialihasten ja rotaattorimansetin lihaksia ohjataan ensisijaisesta motorisesta aivokuoresta selkäytimen kautta lihakseen.

Vaikka johdonmukaiset todisteet viittaavat siihen, että motoristen taitojen harjoittelu liittyy lisääntyneeseen kiihtyvyyteen, voimaharjoittelun vaikutuksia kortikospinaaliseen kiihtymykseen ei vieläkään tunneta hyvin, ja ne voivat riippua lihaksista ja harjoitustehtävästä. Hermolihashallinnan harjoittelu voi liittyä sekä motoriseen oppimiseen että voimaharjoitteluun. Ohjaus- ja laukaisumalli voidaan suoraan opetella uudelleen tietoisesti, mikä lisää voimaa ja motorista oppimista. Koska se liittyy oppimisprosessiin, jännitys voi lisääntyä harjoittelun jälkeen. On osoitettu, että muutokset herkkyydessä korreloivat motorisen oppimisvaikutuksen kanssa, joten harjoituksen jälkeiset jännityksen muutokset voivat korreloida rotaattorimansetin EMG:n muutoksiin. Toistuvan harjoituksen jälkeen tietoiset liikekuviot voivat muuttua automaattisiksi, mikä muuttaa rotaattorimansetin aktivoinnin EMG-kuviota.

Tutkimuksen tarkoituksena on (1) tutkia harjoittelun vaikutusta olkapääkompleksin hermo-lihashallintaan terveillä koehenkilöillä, mukaan lukien kinematiikka, EMG ja kortikospinaalinen kiihtyvyys, ja (2) tutkia kortikospinaalisen kiihottumisen, EMG:n ja voimatoimia. Tutkimuksen tulokset voivat auttaa ymmärtämään harjoittelun taustalla olevaa neurologista ja biomekaanista mekanismia ja auttaa suunnittelemaan harjoittelu- tai kuntoutusprotokollaa urheilijoille tai olkapäävammaisille potilaille.

Lähestyä

Kiertomansettiharjoituksen vaikutusta tutkitaan satunnaistetulla kontrolloidulla kokeellisella suunnittelulla. Terveet koehenkilöt rekrytoidaan ja jaetaan satunnaisesti kahteen ryhmään, harjoitus- ja kontrolliryhmiin.

Kaikki toimenpiteet tehdään kahdesti, ennen ja jälkeen neljän viikon hoidon. Hienolankaelektromyografia (EMG) -elektrodit asetetaan rotaattorimansetin supraspinatus- ja infraspinatus-lihaksiin. Pinta-EMG-elektrodeja käytetään keskimmäiseen hartialihakseen ja lapaluun. Transkraniaalista magneettista stimulaatiota (TMS) käytetään hartialihasten ja rotaattorimansettilihasten kortikospinaalisen kiihottumisen arvioimiseen. Litteää kaksoiskela-stimulaatiokelaa käytetään antamaan yksipulssinen ärsyke motorisen aivokuoren yli, noin 4 cm lateraalissa keskilinjan ja biaurikulaarisen linjan puolittamisesta. Sähkömagneettiset seurantaanturit kiinnitetään käsivarteen, lapaluun ja rintakehään olkapään kinematiikkaa mittaamaan.

Kortikospinaalisen kiihtyvyysparametrit mitataan myös, kun käsivarsi on 90°:n korkeudessa ja lähtötilan lihassupistumisen taso on 10 % maksimaalista vapaaehtoista supistumista (MVC). TMS-stimulaation intensiteetti asetetaan 10 % kynnyksen alapuolelle ja sitä nostetaan 5 %:n välein, kunnes vaste kyllästyy. Jokaisella stimulaation intensiteetillä annetaan viisi ärsykettä. Moottorin herätepotentiaalin (MEP) huipusta huippuun -amplitudi mitataan ja lasketaan keskiarvo viiden kokeen ajalta kullakin intensiteetillä. Stimuloinnin intensiteetin ja MEP-amplitudin välisen suhteen käyrä on sigmoidinen ja sopii Boltzmannin yhtälöön.

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

Tässä yhtälössä MEP(t) on moottorin herättämän potentiaalin amplitudi, MEPmax on suurin MEP-amplitudi, m on funktion kaltevuus ja S50 on ärsykkeen intensiteetti, jolla MEP on 50 % MEPmax:sta. Toiminnon huippujyrkkyys esiintyy kohdassa S50. Käyrän kynnys on funktion tangentin x-leikkauspiste maksimaalisen kaltevuuden pisteessä.

Kolmea parametria, MEPmax, m ja x-leikkauskynnys, käytetään kortikospinaalisen kiihottumisen mallintamiseen, mikä antaa enemmän yksityiskohtia kortikospinaalisen alueen kiihottavuudesta. X-leikkauskynnyksen arvo on samanlainen kuin motorinen kynnys ja edustaa ärsykkeen intensiteettiä, joka tarvitaan aktivoimaan eniten kiihottavimmat kortikospinaaliset elementit ja motoneuronit. Kaltevuus osoittaa kortikospinaalikanavan rekrytointitehokkuuden (voiton). MEPmax heijastaa tasapainoa kortikospinaalikanavan kiihottavien ja inhiboivien komponenttien välillä.

Lapa- ​​ja olkaluun kinematiikka sekä rotaattorimansetin ja hartialihasten dynaaminen EMG tallennetaan kolmen käsivarren nostokokeen aikana lapaluun tasolla. Neliön keskiarvo EMG-tiedot lasketaan neljällä 30°:n liikkeellä käsivarren kohotuksen aikana 0°:sta 120°:een. Lapaluun kinematiikka esitetään 30°, 60°, 90° ja 120° olkaluun korkeudessa.

Koehenkilöille testataan olkapään proprioseptio. He käyttävät suojalaseja, jotka antavat visuaalisia vihjeitä, jotka ohjaavat heitä pääsemään kohteeseen. Kolme tavoiteasentoa esitetään: olka-rintakehän nousukulmat 50°, 70° ja 90° lapaluun tasolla. Koehenkilöitä neuvotaan saavuttamaan kohde uudelleen ilman visuaalisia vihjeitä sen jälkeen, kun he ovat rentouttaneet käsiään sivussa. Kohdekulman ja niiden palauttaman kulman väliset virheet lasketaan.

Molemmat hoito-ohjelmat kestävät neljä viikkoa. Harjoitusryhmän koehenkilöillä on normaali kuntoutusharjoitus olkapään impingement -oireyhtymän hoitoon. Harjoitus perustuu tohtori Kardunan aiempaan hoitotutkimukseen ja sitä muokataan painottamaan kiertomansettilihasten helpottamista ja vahvistamista. Kontrolliryhmän koehenkilöt eivät saa harjoitusta. Kontrollihenkilöitä pyydetään jatkamaan säännöllistä toimintaansa ja heillä on vain kaksi arviointia.

Kaksisuuntaista varianssianalyysiä (ANOVA) käytetään hermolihaskontrollin erojen tutkimiseen hoidon jälkeen kontrolli- ja harjoitusryhmien välillä. Riippuvaisia ​​muuttujia ovat hoidon jälkeiset kinematiikan, EMG:n ja heräävyyden muutokset. Riippumattomia muuttujia ovat olkaluun korkeuskulmat ja ryhmät. TMS-mittojen muutosten, EMG-mittojen ja voimien välistä korrelaatiota tarkastellaan korrelaatioanalyysillä.