Gli effetti dell'esercizio fisico sul controllo neuromuscolare della spalla

Significato

Il complesso della spalla umana sacrifica la stabilità in cambio di un'ampia gamma di movimenti necessari per la manipolazione della mano. A causa dell'instabilità intrinseca della congruenza ossea e del vincolo legamentoso, il controllo dinamico dei muscoli svolge un ruolo importante nella stabilizzazione della spalla durante il movimento. I muscoli della cuffia dei rotatori fungono da principale stabilizzatore dell'articolazione della spalla, mentre il deltoide fornisce la maggior parte della coppia necessaria per il movimento. Pertanto, la coordinazione dei muscoli deltoide e della cuffia dei rotatori è essenziale per una funzione regolare ed efficiente della spalla. La compromissione del controllo neuromuscolare di questi muscoli può causare lesioni e dolore. Di conseguenza, i programmi di riabilitazione mirano a ripristinare il normale controllo neuromuscolare di questi muscoli della spalla al fine di contribuire a ridurre il dolore e migliorare la funzione della spalla. Sebbene i programmi riabilitativi abbiano dimostrato effetti positivi sulla diminuzione del dolore e sul miglioramento funzionale, non è ancora noto se servano a migliorare il controllo neuromuscolare dei muscoli della spalla.

Mentre il deltoide fornisce la maggior parte della coppia necessaria per elevare la spalla, può anche produrre una forza superiore direttamente sulla glena. Questa forza di taglio tende a tirare la testa omerale superiormente, il che può provocare una diminuzione dello spazio subacromiale. Quando i muscoli della cuffia dei rotatori funzionano correttamente, la linea di azione dei muscoli della cuffia dei rotatori determina una forza di centraggio, che può aiutare a mantenere la testa omerale al centro della fossa glenoidea. Tuttavia, è stato ipotizzato che se i muscoli della cuffia dei rotatori non sono in grado di produrre una forza sufficiente durante il movimento del braccio, la forza di taglio superiore prodotta dal deltoide si traduce in una traslazione superiore della testa omerale. Questo spostamento anomalo può provocare un conflitto dei tessuti subacromiali e, infine, portare a lesioni e dolore ai tessuti.

Tradizionalmente, i programmi di riabilitazione della spalla si concentrano sul rafforzamento dei muscoli della cuffia dei rotatori utilizzando il movimento della spalla in cui i muscoli della cuffia dei rotatori mostrano un'elevata attività muscolare. Tuttavia, sebbene queste attività portino a un rafforzamento della cuffia dei rotatori, ciò che non è noto è se lo stress ripetuto imposto alla cuffia dei rotatori si traduca in adattamenti neuromuscolari che aiuteranno a contrastare la forza di taglio del deltoide.

Questo stress della riabilitazione può indurre cambiamenti neurologici e fisiologici nelle strutture neuromuscolari e quindi alterare il controllo neuromuscolare dell'intero complesso della spalla. Le misurazioni cinematiche ed elettromiografiche (EMG) sono state ampiamente utilizzate per studiare il controllo neuromuscolare. Mentre le misure cinematiche mostrano i modelli di movimento, l'EMG dimostra i tempi, la sequenza e l'entità dell'attivazione muscolare. Una cinematica anomala e modelli EMG sono stati dimostrati in pazienti con conflitto di spalla. La misurazione dei parametri del controllo neuromuscolare può portare a una migliore comprensione del meccanismo alla base dell'allenamento della spalla e di come le strutture neuromuscolari si adattano allo stress dell'allenamento. Più specificamente, queste valutazioni possono essere utilizzate per valutare se un programma di riabilitazione si traduce in un adattamento positivo che può aiutare i muscoli della spalla a gestire lo stress da attività come attività sportive sopra la testa e trasportare o sollevare oggetti pesanti. In definitiva, questo potrebbe essere utilizzato per progettare un programma di allenamento più efficiente per gli atleti e un programma di riabilitazione efficace per i pazienti con lesioni alla spalla.

Innovazione

Quando il controllo neuromuscolare della spalla viene studiato nei campi della biomeccanica, della riabilitazione ortopedica e dello sport, l'attenzione è generalmente rivolta alla cinematica e all'EMG. Questi parametri cinematici ed EMG rappresentano il modo in cui il complesso della spalla viene controllato durante il movimento come risultato dell'esecuzione del comando motorio. L'eccitabilità corticospinale, che è stata ampiamente esaminata in pazienti con disturbi neurologici, è stata recentemente applicata anche in biomeccanica, riabilitazione ortopedica e campi sportivi. L'eccitabilità corticospinale rappresenta l'efficacia della trasmissione neurale lungo la via corticospinale. Oltre alla compromissione neurologica, anche le lesioni ortopediche e il dolore possono influenzare l'eccitabilità corticospinale. Ad esempio, nei soggetti con instabilità di spalla non traumatica, il trapezio inferiore mostra una ridotta eccitabilità. Inoltre, il dolore muscolare tonico sperimentale sopra il primo interosseo dorsale provoca l'inibizione dell'eccitabilità corticale e spinale. Allo stesso modo, il dolore lombare acuto indotto sperimentalmente è associato a diversi effetti sui muscoli del tronco. I muscoli addominali profondi, come il trasverso dell'addome, mostravano una ridotta eccitabilità corticospinale. In contrazione, i muscoli più superficiali, come l'erettore spinale lombare e l'obliquo esterno dell'addome, hanno dimostrato una maggiore eccitabilità. Oltre alla cinematica e alle misurazioni EMG, che dimostrano la strategia motoria complessiva, l'eccitabilità corticospinale è un altro parametro promettente per studiare i dettagli su come i muscoli deltoide e della cuffia dei rotatori sono controllati dalla corteccia motoria primaria attraverso il midollo spinale fino al muscolo.

Sebbene prove coerenti suggeriscano che l'allenamento delle abilità motorie sia associato a una maggiore eccitabilità, gli effetti dell'allenamento della forza sull'eccitabilità corticospinale non sono ancora ben noti e possono dipendere dai muscoli e dall'attività di allenamento. L'allenamento del controllo neuromuscolare può essere associato sia all'apprendimento motorio che all'allenamento della forza. Il controllo e lo schema di fuoco possono essere riapresi direttamente consapevolmente, il che comporta un aumento della forza e dell'apprendimento motorio. Poiché è associato a un processo di apprendimento, l'eccitabilità può aumentare dopo l'allenamento. È stato dimostrato che i cambiamenti nell'eccitabilità sono correlati con un effetto di apprendimento motorio, quindi i cambiamenti nell'eccitabilità dopo l'allenamento possono essere correlati ai cambiamenti dell'EMG della cuffia dei rotatori. Dopo una pratica ripetitiva, i modelli di movimento cosciente possono diventare automatici, modificando così il modello EMG di attivazione della cuffia dei rotatori.

Gli scopi dello studio sono (1) indagare l'effetto dell'esercizio fisico sul controllo neuromuscolare del complesso della spalla in soggetti sani, inclusi cinematica, EMG ed eccitabilità corticospinale, e (2) esaminare la relazione tra eccitabilità corticospinale, EMG e misure di forza. I risultati dello studio possono aiutare a comprendere il meccanismo neurologico e biomeccanico alla base dell'allenamento fisico e aiutare a progettare i protocolli di allenamento o riabilitazione per gli atleti o il paziente con lesioni alla spalla.

Approccio

Verrà utilizzato un disegno sperimentale controllato randomizzato per studiare l'effetto dell'esercizio della cuffia dei rotatori. I soggetti sani saranno reclutati e assegnati in modo casuale a due gruppi, gruppo di esercizio e gruppo di controllo.

Tutte le misure verranno effettuate due volte, prima e dopo un trattamento di quattro settimane. Gli elettrodi elettromiografici a filo sottile (EMG) verranno inseriti nei muscoli sopraspinato e infraspinato della cuffia dei rotatori. Gli elettrodi EMG di superficie verranno utilizzati per il deltoide medio e i muscoli scapolari. La stimolazione magnetica transcranica (TMS) verrà utilizzata per valutare l'eccitabilità corticospinale dei muscoli deltoide e della cuffia dei rotatori. Verrà utilizzata una bobina di stimolazione piatta a doppia bobina per fornire uno stimolo a singolo impulso sulla corteccia motoria, a circa 4 cm lateralmente dalla bisezione della linea mediana e della linea biauricolare. I sensori di tracciamento elettromagnetico saranno attaccati al braccio, alla scapola e al torace per misurare la cinematica della spalla.

I parametri di eccitabilità corticospinale saranno misurati anche quando il braccio è a 90° di elevazione con un livello di contrazione muscolare basale del 10% di contrazione massima volontaria (MVC). L'intensità della stimolazione TMS sarà impostata al 10% al di sotto della soglia e aumentata con incrementi del 5% fino a quando la risposta non sarà satura. Verranno erogati cinque stimoli per ogni intensità di stimolazione. L'ampiezza picco-picco del potenziale evocato motorio (MEP) sarà misurata e mediata attraverso le cinque prove a ciascuna intensità. La curva della relazione tra l'intensità della stimolazione e l'ampiezza del MEP è sigmoidale e sarà adattata all'equazione di Boltzmann.

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

In questa equazione, MEP(s) è l'ampiezza del potenziale evocato motorio, MEPmax è l'ampiezza massima del MEP, m è la pendenza della funzione e S50 è l'intensità dello stimolo alla quale il MEP è il 50% del MEPmax. La pendenza di picco della funzione si verifica a S50. La soglia della curva è l'intercetta x della tangente alla funzione nel punto di massima pendenza.

Tre parametri, MEPmax, m e x-intercept threshold, saranno usati per modellare l'eccitabilità corticospinale, che fornisce maggiori dettagli sull'eccitabilità del tratto corticospinale. Il valore della soglia dell'intercetta x è simile alla soglia motoria e rappresenta l'intensità dello stimolo necessaria per attivare gli elementi corticospinali ei motoneuroni più eccitabili. La pendenza indica l'efficienza di reclutamento (guadagno) del tratto corticospinale. Il MEPmax riflette l'equilibrio tra le componenti eccitatorie e inibitorie del tratto corticospinale.

La cinematica scapolare e omerale e l'EMG dinamico della cuffia dei rotatori e dei muscoli deltoidi saranno registrati durante tre prove di elevazione del braccio sul piano scapolare. I dati EMG quadratici medi verranno calcolati su quattro incrementi di movimento di 30° durante l'elevazione del braccio da 0° a 120°. La cinematica scapolare sarà presentata a 30°, 60°, 90° e 120° di elevazione omerale.

Ai soggetti verrà testata la propriocezione della spalla. Indosseranno una maschera, che fornirà i segnali visivi per guidarli a raggiungere l'obiettivo. Verranno presentate tre posizioni target: angoli di elevazione omerotoracica di 50°, 70° e 90° nel piano scapolare. I soggetti verranno istruiti a raggiungere nuovamente il bersaglio senza alcun segnale visivo dopo aver rilassato le braccia lungo i fianchi. Verranno calcolati gli errori tra l'angolo target e l'angolo restituito.

Entrambi i programmi di trattamento dureranno quattro settimane. I soggetti nel gruppo di esercizi eseguiranno esercizi di riabilitazione standard per la sindrome da conflitto di spalla. L'esercizio si baserà su un precedente studio di trattamento condotto dal Dr. Karduna e sarà modificato per enfatizzare la facilitazione e il rafforzamento dei muscoli della cuffia dei rotatori. I soggetti nel gruppo di controllo non riceveranno alcun esercizio. Ai soggetti di controllo verrà chiesto di mantenere le loro attività regolari e di avere solo due valutazioni.

Verrà utilizzata un'analisi della varianza a disegno misto (ANOVA) a due vie per esaminare le differenze nel controllo neuromuscolare dopo il trattamento tra il gruppo di controllo e quello di esercizio. Le variabili dipendenti saranno i cambiamenti di cinematica, EMG ed eccitabilità dopo il trattamento. Le variabili indipendenti saranno gli angoli e i gruppi di elevazione omerale. La correlazione tra i cambiamenti delle misure TMS, le misure EMG e le forze sarà esaminata con un'analisi di correlazione.