Effektene av treningstrening på skuldernevromuskulær kontroll

Betydning

Det menneskelige skulderkomplekset ofrer stabilitet i bytte for et stort bevegelsesområde som er nødvendig for håndmanipulering. På grunn av den iboende ustabiliteten til den benete kongruensen og ligamentbegrensningen, spiller dynamisk kontroll av musklene en viktig rolle for å stabilisere skulderen under bevegelse. Rotatorcuff-musklene fungerer som hovedstabilisatoren i skulderleddet, mens deltoideus gir det meste av momentet som er nødvendig for bevegelse. Derfor er koordineringen av deltamusklene og rotatorcuff-musklene avgjørende for jevn og effektiv skulderfunksjon. Nedsatt nevromuskulær kontroll av disse musklene kan føre til skade og smerte. Følgelig tar rehabiliteringsprogrammer sikte på å gjenopprette den normale nevromuskulære kontrollen av disse skuldermusklene for å bidra til å redusere smerte og forbedre skulderfunksjonen. Selv om rehabiliteringsprogrammer har vist positive effekter på smertereduksjon og funksjonsforbedring, er det fortsatt ukjent om de tjener til å forbedre den nevromuskulære kontrollen av skuldermusklene.

Mens deltoideus gir mesteparten av dreiemomentet som er nødvendig for å heve skulderen, kan den også produsere en overlegen direkte kraft på glenoiden. Denne skjærkraften har en tendens til å trekke overarmshodet overlegent, noe som kan resultere i en reduksjon i det subakromiale rommet. Når rotatorcuff-musklene fungerer som de skal, resulterer handlingslinjen til rotatorcuff-musklene i en sentreringskraft, som kan bidra til å opprettholde humerushodet i midten av glenoid fossa. Imidlertid har det blitt antatt at hvis rotatorcuff-musklene ikke er i stand til å produsere tilstrekkelig kraft under armbevegelser, resulterer den overlegne skjærkraften produsert av deltoideus i overlegen translasjon av humerushodet. Denne unormale forskyvningen kan føre til støt mot subakromiale vev og til slutt føre til vevsskade og smerte.

Tradisjonelt fokuserer skulderrehabiliteringsprogrammer på å styrke rotatorcuff-musklene ved å bruke skulderbevegelser der rotatorcuff-musklene viser høy muskelaktivitet. Men selv om disse aktivitetene fører til en styrking av rotatormansjetten, er det ukjent om den gjentatte belastningen som påføres rotatorcuffen resulterer i nevromuskulære tilpasninger som vil bidra til å motvirke deltoideusskjærkraften.

Dette stresset ved rehabilitering kan indusere de nevrologiske og fysiologiske endringene i nevromuskulære strukturer og dermed endre den nevromuskulære kontrollen av hele skulderkomplekset. Kinematikk og elektromyografiske (EMG) målinger har blitt mye brukt for å studere nevromuskulær kontroll. Mens kinematiske mål viser bevegelsesmønstre, demonstrerer EMG timingen, sekvensen og størrelsen på muskelavfyringen. Unormal kinematikk og EMG-mønstre er påvist hos pasienter med skulderpåvirkning. Måling av parametere for nevromuskulær kontroll kan føre til en bedre forståelse av den underliggende mekanismen ved skuldertrening og hvordan de nevromuskulære strukturene tilpasser seg stresset i treningstreningen. Mer spesifikt kan disse vurderingene brukes til å vurdere om et rehabiliteringsprogram resulterer i en positiv tilpasning som kan hjelpe skuldermuskulaturen med å håndtere stresset fra aktiviteter som overhead sportsaktiviteter og å bære eller løfte tunge gjenstander. Til syvende og sist kan dette brukes til å designe mer effektivt treningsprogram for idrettsutøvere og effektivt rehabiliteringsprogram for pasienter med skulderskader.

Innovasjon

Når skuldernevromuskulær kontroll undersøkes innen biomekanikk, ortopedisk rehabilitering og idrett, er fokus generelt på kinematikk og EMG. Disse kinematikk- og EMG-parametrene representerer hvordan skulderkomplekset kontrolleres under bevegelse som et resultat av utførelse av motorkommandoer. Kortikospinal eksitabilitet, som har blitt mye undersøkt hos pasienter med nevrologiske lidelser, har også nylig blitt brukt i biomekanikk, ortopedisk rehabilitering og idrettsbaner. Kortikospinal eksitabilitet representerer effekten av nevral overføring langs den kortikospinale banen. I tillegg til nevrologisk svekkelse, kan ortopedisk skade og smerte også påvirke kortikospinal eksitabilitet. For eksempel, hos personer med ikke-traumatisk skulderinstabilitet, viser nedre trapezius redusert eksitabilitet. Eksperimentelle tonic muskelsmerter over den første dorsal interosseous resulterer i hemming av kortikal og spinal eksitabilitet. På samme måte er eksperimentelt indusert akutt lav lumbal smerte assosiert med forskjellige effekter på trunkmusklene. De dype magemusklene, som transversus abdominis, viste redusert kortikospinal eksitabilitet. I kontrakt viste mer overfladiske muskler, som lumbal erector spinae og ekstern oblique abdominis, økt eksitabilitet. I tillegg til kinematikk og EMG-målinger, som demonstrerer den overordnede motoriske strategien, er kortikospinal eksitabilitet en annen lovende parameter for å undersøke detaljene om hvordan deltoid- og rotatorcuff-musklene styres fra den primære motoriske cortex gjennom ryggmargen til muskelen.

Selv om konsistente bevis tyder på at motorisk trening er assosiert med økt eksitabilitet, er effekten av styrketrening på kortikospinal eksitabilitet fortsatt ikke godt kjent og kan avhenge av musklene og treningsoppgaven. Trening av nevromuskulær kontroll kan være assosiert med både motorisk læring og styrketrening. Kontroll- og avfyringsmønsteret kan læres direkte bevisst på nytt, noe som innebærer økt styrke og motorisk læring. Siden det er assosiert med en læringsprosess, kan eksitabilitet øke etter trening. Det er vist at endringer i eksitabilitet er korrelert med en motorisk læringseffekt, slik at endringer i eksitabilitet etter trening kan være korrelert med endringer i rotator cuff EMG. Etter gjentatt trening kan de bevisste bevegelsesmønstrene bli automatiske og dermed endre EMG-mønsteret for aktivering av rotatormansjetten.

Formålet med studien er å (1) undersøke effekten av treningstrening på den nevromuskulære kontrollen av skulderkomplekset hos friske forsøkspersoner, inkludert kinematikk, EMG og kortikospinal eksitabilitet, og (2) å undersøke sammenhengen mellom kortikospinal eksitabilitet, EMG og krafttiltak. Resultatene av studien kan bidra til å forstå den underliggende nevrologiske og biomekaniske mekanismen til treningstrening og bidra til å designe trenings- eller rehabiliteringsprotokollene for idrettsutøvere eller pasienten med skulderskader.

Nærme seg

Et randomisert kontrollert eksperimentelt design vil bli brukt for å undersøke effekten av rotatorcuff-trening. Friske forsøkspersoner vil bli rekruttert og tilfeldig fordelt i to grupper, trenings- og kontrollgrupper.

Alle tiltak vil bli gjort to ganger, før og etter en fire ukers behandling. Fintråd elektromyografi (EMG) elektroder vil bli satt inn i supraspinatus og infraspinatus musklene i rotator cuff. Overflate-EMG-elektroder vil bli brukt for midtre deltoideus- og skulderbladsmuskler. Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) vil bli brukt for å vurdere den kortikospinale eksitabiliteten til deltoid- og rotatorcuff-musklene. En flat dobbelspole stimuleringsspole vil bli brukt for å gi en enkeltpulsstimulus over den motoriske cortex, omtrent 4 cm lateralt for halveringen av midtlinjen og den biaurikulære linjen. Elektromagnetiske sporingssensorer vil bli festet til armen, skulderblad og thorax for å måle skulderkinematikk.

Parametrene for kortikospinal eksitabilitet vil også måles når armen er i 90° høyde med et baseline muskelkontraksjonsnivå på 10 % maksimal frivillig kontraksjon (MVC). TMS-stimuleringsintensiteten settes til 10 % under terskelen og økes i trinn på 5 % til responsen er mettet. Fem stimuli vil bli levert ved hver stimuleringsintensitet. Topp-til-topp-amplituden til det motoriske fremkalte potensialet (MEP) vil bli målt og gjennomsnittet over de fem forsøkene ved hver intensitet. Kurven for forholdet mellom stimuleringsintensitet og MEP-amplituden er sigmoidal og vil passe med Boltzmann-ligningen.

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

I denne ligningen er MEP(er) amplituden til motorfremkalt potensial, MEPmax er maksimal MEP-amplitude, m er helningen til funksjonen, og S50 er stimulusintensiteten der MEP er 50 % av MEPmax. Topphellingen til funksjonen skjer ved S50. Terskelen til kurven er x-skjæringspunktet til tangenten til funksjonen ved punktet med maksimal helning.

Tre parametere, MEPmax, m og x-avskjæringsterskel, vil bli brukt for å modellere den kortikospinale eksitabiliteten, som gir flere detaljer om eksitabiliteten til kortikospinalkanalen. Verdien av x-avskjæringsterskelen er lik den motoriske terskelen og representerer stimulusintensiteten som trengs for å aktivere de mest eksitable kortikospinalelementene og motoneuronene. Helningen indikerer rekrutteringseffektiviteten (gevinsten) til kortikospinalkanalen. MEPmax reflekterer balansen mellom eksitatoriske og hemmende komponenter i kortikospinalkanalen.

Scapular og humeral kinematikk og den dynamiske EMG av rotator cuff og deltamuskler vil bli registrert under tre forsøk med armheving i skulderbladsplanet. Root mean square EMG-data vil bli beregnet over fire 30° bevegelsesintervaller under armheving fra 0° til 120°. Scapular kinematikk vil bli presentert ved 30°, 60°, 90° og 120° overarmshøyde.

Forsøkspersonene vil få testet skulderpropriosepsjonen. De vil bruke en vernebriller, som vil gi visuelle signaler for å veilede dem til å nå målet. Tre målposisjoner vil bli presentert: humerothoracale høydevinkler på 50°, 70° og 90° i skulderbladsplanet. Forsøkspersonene vil bli instruert til å nå målet igjen uten visuelle signaler etter å ha slappet av med armene ved siden. Feilene mellom målvinkelen og vinkelen de returnerte vil bli beregnet.

Begge behandlingsprogrammene vil vare i fire uker. Forsøkspersonene i treningsgruppen vil ha standard rehabiliteringsøvelse for skulderimpingementsyndromet. Øvelsen vil være basert på en tidligere behandlingsstudie utført av Dr. Karduna og vil bli modifisert for å legge vekt på tilrettelegging og styrking av rotatorcuff-musklene. Forsøkspersonene i kontrollgruppen vil ikke få noen trening. Kontrollpersonene vil bli bedt om å opprettholde sin vanlige virksomhet og har kun to vurderinger.

En toveis mixed-design variansanalyse (ANOVA) vil bli brukt for å undersøke forskjellene i nevromuskulær kontroll etter behandlingen mellom kontroll- og treningsgruppene. De avhengige variablene vil være endringene i kinematikk, EMG og eksitabilitet etter behandlingen. De uavhengige variablene vil være humerus elevasjonsvinkler og grupper. Korrelasjonen mellom endringer av TMS-mål, EMG-målene og kreftene vil bli undersøkt med en korrelasjonsanalyse.