Stimolazione elettrica neuromuscolare sugli adduttori omerali in soggetti con lesione della cuffia dei rotatori: uno studio osservazionale

Partecipanti Sulla base dello studio pilota, si calcola che un campione di 30 pazienti fornisca l'80% di potenza con una dimensione dell'effetto di 0,5 (differenza della distanza acromio-omerale = 0,9 mm con e senza NMES). I soggetti con lesione della cuffia dei rotatori saranno reclutati dal Dipartimento di chirurgia ortopedica o dal Dipartimento di medicina fisica e riabilitazione presso il National Taiwan University Hospital (NTUH). A tutti i soggetti verrà fornito il consenso informato scritto prima dell'inclusione nell'esperimento. Lo studio è stato approvato dall'Institutional Review Board della NTUH.

Strumentazione Sistema di tracciamento del movimento elettromagnetico tridimensionale Il Polhemus 3Space FASTRAK® (Polhemus Inc., Colchester, VT, USA), un sistema di analisi del movimento elettromagnetico con software MotionMonitor (Innovative Sports Training, Inc., Chicago, IL, USA), sarà utilizzato per tracciare e raccogliere cinematica scapolare tridimensionale. Tre sensori sono attaccati alla superficie ossea piatta dell'acromion e dello sterno con nastro adesivo, e all'omero distale tra gli epicondili laterale e mediale tramite cinghie in velcro con nastro adesivo (Figura 1). Gli altri sensori sono attaccati da uno stilo per digitalizzare le posizioni tridimensionali sui punti di riferimento ossei tra cui la tacca sternale, il processo xifoideo, le vertebre C7, le vertebre T8, le vertebre T12, l'articolazione gleno-omerale anteriore e posteriore, l'articolazione acromioclavicolare, la radice della colonna vertebrale del scapola, angolo inferiore della scapola ed epicondili laterali e mediali per costruire il modello complesso della spalla. Ogni ricevitore verrà campionato alla velocità di 120 aggiornamenti/secondo diviso per il numero di sensori.

Misurazioni ecografiche (USG) Il sistema a ultrasuoni per tablet BenQ T3300 (BenQ Medical Technology Corp., Taipei, Taiwan) con un trasduttore a banda larga da 4-15 MHz ad array lineare L154BH verrà utilizzato per la valutazione non invasiva dell'AHD in 3 posizioni di abduzione attiva (a 0 °, 60° e 90° di abduzione della spalla). L'imaging in tempo reale verrà eseguito con scansione B-mode rapida per generare immagini con le seguenti impostazioni: guadagno, 66-68; gamma dinamica, 75; persistenza, 3; QScan, 4, per nitidezza e uniformità; mappa grigia, 3; Croma 0; angolo di sterzata, 0; e trasduttore, 5,5 MHz. La distanza minima di misurazione di questo USG è di 1 mm con errore inferiore a ± 5%.

Stimolazione elettrica neuromuscolare (NMES) La GM300TE COMBO NMES (Gemore Technology Co., Ltd., New Taipei City, Taiwan), una macchina portatile con due canali controllabili e un interruttore manuale, verrà applicata a PM e TM. Secondo uno studio precedente, la generazione della forza muscolare è modulata dalla frequenza stimolata, dall'ampiezza dell'impulso e dall'intensità. Aumenta linearmente con l'ampiezza stimolata e la durata dell'impulso. L'elettronica dell'unità crea gli impulsi elettrici con una frequenza di uscita di 50 Hz e un'ampiezza di impulso di 300 microsecondi. La modalità sincrona (S) e l'impulso d'onda rettangolare asimmetrico vengono utilizzati durante l'esperimento. L'ampiezza è impostata come contrazione muscolare a livello motorio con auto-percezione della massima intensità tollerabile. Il tempo di stimolazione tetanica è di 7 secondi con intervalli di 20 secondi tra le stimolazioni per evitare l'affaticamento muscolare. I due elettrodi circolari vengono utilizzati su ciascun adduttore per ridurre al minimo l'interferenza stimolata con i muscoli vicini.

Elettromiografia di superficie (sEMG) L'attivazione muscolare sarà raccolta a 1000 Hz/canale con la risoluzione di un convertitore A/D a 16 bit in un convertitore analogico D/A a 16 bit (modello MP 150, Biopac Systems Inc., Aero Camino Goleta, California, Stati Uniti). Il sistema include coppie di elettrodi circolari in cloruro d'argento (diametro: 10 mm; Ludlow Company LP, Chicopee, MA) con una distanza interelettrodica di 20 mm (da centro a centro). I segnali raccolti sono amplificati con un amplificatore Grass AC/DC (Modello 15A12, Astro-Med Inc., West Warwick, RI, USA) con guadagno di 1000 dB, un rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) di 86 dB a 60 Hz e una larghezza di banda (-3 dB) da 10 a 1000 Hz. I dati a larghezza di banda completa (catturati dal software dei sistemi di acquisizione e analisi dei dati, AcqKnowledge, Biopac, Aero Camino Goleta, CA) vengono ridotti utilizzando un algoritmo RMS (root mean square) per produrre inviluppi con una frequenza di campionamento effettiva di 50 campioni al secondo. La media delle tre prove per ciascuna attività viene calcolata per l'analisi dei dati.

Sistema di misurazione della forza Il sistema di misurazione sensibile alla forza (FlexiForce ELFTM, New Taipei City, Taiwan) combina tre sensori FlexiForce B201 a punto singolo, un'impugnatura contenente l'elettronica dell'interfaccia USB e un software compatibile con Windows. Tre sensori circolari (diametro 9,53 mm; spessore 0,203 mm) sono in grado di rilevare il range di forza minimo (4,4-111 N), livelli medi (111-667 N) e alti (667-4448 N), rispettivamente. Ciò garantisce che le varie forze durante la massima contrazione isometrica volontaria possano essere misurate dal sensore appropriato. Quando il sensore rileva la forza, il software visualizza un istogramma, un grafico della curva o un numero della forza rilevata come biofeedback in tempo reale. La frequenza di campionamento della raccolta dati è fissata a 200 Hz.

Procedure Ai soggetti maschi viene chiesto di togliersi le magliette e alle soggetti femmine viene chiesto di indossare un costume da bagno con la schiena aperta durante l'esperimento. Ai soggetti viene chiesto di eseguire il test di contrazione isometrica massimale isometrica abdotta e addotta rispettivamente contro i sensori di forza sull'anello di ferro personalizzato. La forza massima viene registrata simultaneamente come valore medio durante le attività di contrazione isometrica massimale isometrica. Quindi la distanza acromio-omerale viene valutata dalla sonda USG in 3 posizioni abdotte (posizione di riposo, 60° e 90°) con un goniometro dinamico progettato su misura che circonda la parte distale dell'omero. La sonda USG viene applicata parallelamente alla diafisi dell'omero e sopra l'aspetto anteriore del margine acromiale anteriore. Sono necessarie tre immagini per ogni posizione. Intervalli di venti secondi tra ogni immagine prevengono l'affaticamento muscolare. Dopo l'imaging USD, gli elettrodi sEMG vengono posizionati sul grande rotondo e sul grande pettorale dopo che l'area è stata pulita con alcool e strofinata per ridurre l'impedenza della pelle. Dopo il posizionamento degli elettrodi, il soggetto appende il braccio in una postura seduta neutra con un sensore di misurazione della forza a contatto con il polso. Ogni soggetto esegue cinque prove del compito di abduzione e adduzione isometrica rispettivamente al 60% della forza massima basata sul feedback del valore di forza in tempo reale.

Successivamente, la cinematica scapolare durante l'elevazione del braccio viene misurata da FASTRAK in 5 prove. Innanzitutto, un fisioterapista collega i sensori per costruire il sistema di coordinate locale per la spalla. Quindi l'operatore chiede al soggetto di sollevare il braccio per assicurarsi che l'angolo sia superiore a 90° e di ritrarre la scapola per confermare la direzione assiale della rotazione interna/esterna della scapola visualizzata sul sistema. In secondo luogo, ai soggetti viene chiesto di sollevare il braccio il più in alto possibile a una velocità confortevole entro 3 secondi e quindi di abbassare lentamente il braccio nella posizione di partenza. Un metronomo udibile impostato su 1 Hz viene utilizzato come spunto durante il compito di elevazione.

A tutti i soggetti viene chiesto di eseguire la stessa valutazione con NMES. L'ordine di applicazione di NMES al grande rotondo o al grande pettorale sarà randomizzato. Tutti gli attacchi NMES ottimali sono confermati con l'attività di reclutamento dalla penna del punto motore. Successivamente, viene assicurata e registrata la massima intensità tollerabile nelle tre posizioni abdotte. Quindi la cinematica scapolare durante l'elevazione del braccio e le misurazioni della distanza acromio-omerale in specifiche posizioni del braccio vengono eseguite durante NMES su uno degli adduttori target. Ai soggetti viene chiesto di mantenere la posizione specifica del braccio con NMES per almeno 3 secondi in ciascuna prova durante la misurazione della distanza acromioomerale. Inoltre, l'NMES viene sostenuto per almeno 7 secondi durante il tracciamento cinematico scapolare durante l'elevazione del braccio. Dopo una pausa di 10 minuti dopo le valutazioni, viene condotto NMES su un altro muscolo adduttore. Dopo la stimolazione NMES, i soggetti eseguono immediatamente la valutazione della co-contrazione. I dati sull'attività muscolare sia nell'abduzione isometrica che nell'adduzione vengono raccolti immediatamente prima e dopo l'NMES. Vengono quindi analizzati i dati della cinematica scapolare durante l'elevazione del braccio e la distanza acromio-omerale a riposo ea 60° e 90° di abduzione della spalla.

Analisi statistica I dati saranno analizzati in Statistical Package for the Social Sciences (SPSS), versione 22 (International Business Machines Corp., New York, USA). Il test di Shapiro-Wilk viene utilizzato per testare la normalità. Con la distribuzione normale, verranno utilizzate ANOVA a due vie (3 condizioni x 3 posizioni per le misurazioni della distanza acromio-omerale e 3 condizioni x 6 posizioni della cinematica scapolare). Il livello alfa è fissato a 0,05 con test a due code. Senza distribuzione normale, per l'analisi dei dati viene utilizzato un test non parametrico (test di Friedman). I rapporti di co-contrazione tra il basale e immediatamente dopo l'NMES vengono confrontati con il test t o il test dei ranghi con segno di Wilcoxon indipendentemente dal fatto che la distribuzione sia normale o meno.