De effecten van oefentraining op de neuromusculaire controle van de schouder

Betekenis

Het menselijke schoudercomplex offert stabiliteit op in ruil voor een groot bewegingsbereik dat nodig is voor handmanipulatie. Vanwege de inherente instabiliteit van de benige congruentie en de beperking van de ligamenten, speelt dynamische controle van de spieren een belangrijke rol bij het stabiliseren van de schouder tijdens beweging. De rotator cuff-spieren dienen als de belangrijkste stabilisator van het schoudergewricht, terwijl de deltaspier het meeste koppel levert dat nodig is voor beweging. Daarom is de coördinatie van de deltaspier en de rotator cuff-spieren essentieel voor een soepele en efficiënte schouderfunctie. Een verslechtering van de neuromusculaire aansturing van deze spieren kan leiden tot letsel en pijn. Bijgevolg zijn revalidatieprogramma's gericht op het herstellen van de normale neuromusculaire controle van deze schouderspieren om de pijn te helpen verminderen en de schouderfunctie te verbeteren. Hoewel revalidatieprogramma's positieve effecten hebben aangetoond op pijnvermindering en functionele verbetering, is het nog onbekend of ze dienen om de neuromusculaire aansturing van de schouderspieren te verbeteren.

Hoewel de deltaspier het meeste koppel levert dat nodig is om de schouder omhoog te brengen, kan hij ook een superieur directe kracht op de glenoïde uitoefenen. Deze afschuifkracht heeft de neiging om de humeruskop naar boven te trekken, wat kan resulteren in een verkleining van de subacromiale ruimte. Wanneer de rotator cuff-spieren goed functioneren, resulteert de actielijn van de rotator cuff-spieren in een centrerende kracht, die kan helpen de humeruskop in het midden van de glenoid fossa te houden. De hypothese is echter dat als de spieren van de rotator cuff niet in staat zijn om voldoende kracht uit te oefenen tijdens armbewegingen, de superieure afschuifkracht die wordt geproduceerd door de deltaspier resulteert in superieure translatie van de humeruskop. Deze abnormale verplaatsing kan resulteren in inklemming van subacromiale weefsels en uiteindelijk leiden tot weefselbeschadiging en pijn.

Traditioneel richten schouderrevalidatieprogramma's zich op het versterken van de rotator cuff-spieren door gebruik te maken van schouderbewegingen waarbij de rotator cuff-spieren een hoge spieractiviteit vertonen. Hoewel deze activiteiten leiden tot een versteviging van de rotator cuff, is het onbekend of de herhaalde belasting van de rotator cuff resulteert in neuromusculaire aanpassingen die de deltoïde afschuifkracht helpen tegengaan.

Deze stress van revalidatie kan de neurologische en fysiologische veranderingen in neuromusculaire structuren veroorzaken en zo de neuromusculaire controle van het gehele schoudercomplex veranderen. Kinematica en elektromyografische (EMG) metingen worden veel gebruikt om neuromusculaire controle te bestuderen. Terwijl kinematische metingen bewegingspatronen laten zien, demonstreert EMG de timing, volgorde en omvang van het afvuren van spieren. Abnormale kinematica en EMG-patronen zijn aangetoond bij patiënten met schouderimpingement. Het meten van parameters van neuromusculaire controle kan leiden tot een beter begrip van het onderliggende mechanisme van schoudertraining en hoe de neuromusculaire structuren zich aanpassen aan de stress van de training. Meer specifiek kunnen deze beoordelingen worden gebruikt om te beoordelen of een revalidatieprogramma resulteert in een positieve aanpassing die de schouderspieren kan helpen bij het omgaan met de stress van activiteiten zoals sportactiviteiten boven het hoofd en het dragen of tillen van zware voorwerpen. Uiteindelijk zou dit kunnen worden gebruikt om een ​​efficiënter trainingsprogramma voor sporters en een effectiever revalidatieprogramma voor patiënten met schouderblessures te ontwerpen.

Innovatie

Wanneer neuromusculaire controle van de schouder wordt onderzocht op het gebied van biomechanica, orthopedische revalidatie en sport, ligt de focus over het algemeen op kinematica en EMG. Deze kinematica en EMG-parameters vertegenwoordigen hoe het schoudercomplex tijdens beweging wordt bestuurd als resultaat van het uitvoeren van motorcommando's. Corticospinale prikkelbaarheid, die uitgebreid is onderzocht bij patiënten met neurologische aandoeningen, is recentelijk ook toegepast in biomechanica, orthopedische revalidatie en sportvelden. Corticospinale prikkelbaarheid vertegenwoordigt de werkzaamheid van neurale transmissie langs de corticospinale route. Naast neurologische stoornissen kunnen orthopedisch letsel en pijn ook de corticospinale prikkelbaarheid beïnvloeden. Bij proefpersonen met niet-traumatische schouderinstabiliteit vertoont de onderste trapezius bijvoorbeeld een verminderde prikkelbaarheid. Ook experimentele tonische spierpijn over de eerste dorsale interossale resulteert in remming van corticale en spinale prikkelbaarheid. Evenzo wordt experimenteel geïnduceerde acute lage lumbale pijn geassocieerd met verschillende effecten op de rompspieren. De diepe buikspieren, zoals de transversus abdominis, vertoonden verminderde corticospinale prikkelbaarheid. In samentrekking vertoonden meer oppervlakkige spieren, zoals de lumbale erector spinae en externe schuine buikspieren, verhoogde prikkelbaarheid. Naast kinematica en EMG-metingen, die de algehele motorische strategie aantonen, is de corticospinale prikkelbaarheid een andere veelbelovende parameter om de details te onderzoeken over hoe de deltaspier en de rotator cuff-spieren worden aangestuurd vanuit de primaire motorische cortex via het ruggenmerg naar de spier.

Hoewel consistent bewijs suggereert dat motorische vaardigheidstraining geassocieerd is met verhoogde prikkelbaarheid, zijn de effecten van krachttraining op corticospinale prikkelbaarheid nog steeds niet goed bekend en kunnen ze afhangen van de spieren en de trainingstaak. De training van neuromusculaire controle kan in verband worden gebracht met zowel motorisch leren als krachttraining. Het besturings- en schietpatroon kan direct bewust opnieuw worden aangeleerd, wat een toename van kracht en motorisch leren met zich meebrengt. Omdat het wordt geassocieerd met een leerproces, kan de prikkelbaarheid na de training toenemen. Aangetoond is dat veranderingen in de prikkelbaarheid gecorreleerd zijn met een motorisch leereffect, zodat veranderingen in prikkelbaarheid na training gecorreleerd kunnen zijn met veranderingen in rotator cuff EMG. Na herhaaldelijk oefenen kunnen de bewuste bewegingspatronen automatisch worden, waardoor het EMG-patroon van activering van de rotator cuff verandert.

Het doel van de studie is om (1) het effect van oefentraining op de neuromusculaire controle van het schoudercomplex bij gezonde proefpersonen te onderzoeken, waaronder kinematica, EMG en corticospinale prikkelbaarheid, en (2) de relatie tussen de corticospinale prikkelbaarheid, EMG en dwingen maatregelen. De resultaten van de studie kunnen helpen om het onderliggende neurologische en biomechanische mechanisme van oefentraining te begrijpen en om de trainings- of revalidatieprotocollen te ontwerpen voor de atleten of de patiënt met schouderblessures.

Nadering

Een gerandomiseerde gecontroleerde experimentele opzet zal gebruikt worden om het effect van rotator cuff oefening te onderzoeken. Gezonde proefpersonen zullen worden gerekruteerd en willekeurig worden toegewezen aan twee groepen, oefen- en controlegroepen.

Alle maatregelen worden twee keer uitgevoerd, voor en na een behandeling van vier weken. Fijndraadelektromyografie (EMG)-elektroden worden ingebracht in de supraspinatus- en infraspinatus-spieren van de rotatorcuff. Oppervlakte-EMG-elektroden zullen worden gebruikt voor de middelste deltaspier en de scapulier. Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) zal worden gebruikt om de corticospinale prikkelbaarheid van de deltaspier en de rotator cuff-spieren te beoordelen. Er wordt een platte stimulatiespoel met dubbele spoel gebruikt om een ​​enkele pulsstimulus te geven over de motorcortex, ongeveer 4 cm lateraal van de tweedeling van de middenlijn en de biauriculaire lijn. Elektromagnetische volgsensoren zullen worden bevestigd aan de arm, het schouderblad en de thorax om de kinematica van de schouder te meten.

De parameters van corticospinale exciteerbaarheid worden ook gemeten wanneer de arm zich in een hoek van 90° bevindt met een uitgangsniveau van spiercontractie van 10% maximale vrijwillige contractie (MVC). De TMS-stimulatie-intensiteit wordt ingesteld op 10% onder de drempelwaarde en verhoogd in stappen van 5% totdat de respons verzadigd is. Bij elke stimulatie-intensiteit worden vijf stimuli afgegeven. De piek-tot-piek-amplitude van de motor evoked potential (MEP) wordt gemeten en gemiddeld over de vijf proeven bij elke intensiteit. De curve van de relatie tussen de stimulatie-intensiteit en de MEP-amplitude is sigmoïdaal en past bij de Boltzmann-vergelijking.

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

In deze vergelijking is MEP(s) de amplitude van motor opgewekt potentieel, MEPmax is de maximale MEP-amplitude, m is de helling van de functie en S50 is de stimulusintensiteit waarbij de MEP 50% van MEPmax is. De piekhelling van de functie treedt op bij S50. De drempel van de curve is het x-snijpunt van de raaklijn aan de functie op het punt van maximale helling.

Drie parameters, MEPmax, m en x-onderscheppingsdrempel, zullen worden gebruikt om de corticospinale prikkelbaarheid te modelleren, wat meer details geeft over de prikkelbaarheid van het corticospinale kanaal. De waarde van de x-onderscheppingsdrempel is vergelijkbaar met de motorische drempel en vertegenwoordigt de stimulusintensiteit die nodig is om de meest prikkelbare corticospinale elementen en motoneuronen te activeren. De helling geeft de wervingsefficiëntie (winst) van het corticospinale kanaal aan. De MEPmax weerspiegelt de balans tussen prikkelende en remmende componenten van het corticospinale kanaal.

De scapulaire en humerale kinematica en het dynamische EMG van de rotator cuff en deltoïde spieren zullen worden vastgelegd tijdens drie pogingen om de arm in het vlak van het scapulier te heffen. De root mean square EMG-gegevens worden berekend over vier bewegingsstappen van 30° tijdens het optillen van de arm van 0° tot 120°. Scapulaire kinematica wordt gepresenteerd op 30°, 60°, 90° en 120° humeruselevatie.

De proefpersonen zullen de schouderproprioceptie testen. Ze zullen een veiligheidsbril dragen, die de visuele aanwijzingen zal geven om hen te begeleiden om het doel te bereiken. Er worden drie doelposities gepresenteerd: humerothoracale elevatiehoeken van 50°, 70° en 90° in het scapuliervlak. De proefpersonen krijgen de instructie om het doel opnieuw te bereiken zonder enige visuele aanwijzingen nadat ze hun armen langs de zijkant hebben ontspannen. De fouten tussen de doelhoek en de teruggestuurde hoek worden berekend.

Beide behandeltrajecten duren vier weken. De proefpersonen in de oefengroep krijgen standaard revalidatieoefeningen voor het schouderimpingementsyndroom. De oefening zal gebaseerd zijn op een eerdere behandelingsstudie uitgevoerd door Dr. Karduna en zal worden aangepast om de nadruk te leggen op het faciliteren en versterken van de rotator cuff-spieren. De proefpersonen in de controlegroep krijgen geen lichaamsbeweging. De controlepersonen wordt gevraagd hun reguliere activiteiten voort te zetten en hebben slechts twee beoordelingen.

Een two-way mixed-design variantieanalyse (ANOVA) zal worden gebruikt om de verschillen in neuromusculaire controle na de behandeling tussen de controle- en oefengroepen te onderzoeken. De afhankelijke variabelen zijn de veranderingen in kinematica, EMG en prikkelbaarheid na de behandeling. De onafhankelijke variabelen zijn de elevatiehoeken en groepen van de humerus. De correlatie tussen veranderingen van TMS-maatregelen, de EMG-maatregelen en de krachten zal worden onderzocht met een correlatieanalyse.