Wpływ treningu fizycznego na kontrolę nerwowo-mięśniową barku

Znaczenie

Ludzki kompleks barkowy poświęca stabilność w zamian za duży zakres ruchu niezbędny do manipulacji ręką. Ze względu na nieodłączną niestabilność kongruencji kostnej i więzadła, dynamiczna kontrola mięśni odgrywa ważną rolę w stabilizacji barku podczas ruchu. Mięśnie stożka rotatorów służą jako główny stabilizator stawu barkowego, podczas gdy mięsień naramienny zapewnia większość momentu obrotowego niezbędnego do ruchu. Dlatego koordynacja mięśnia naramiennego i stożka rotatorów jest niezbędna do płynnego i wydajnego funkcjonowania barku. Upośledzenie kontroli nerwowo-mięśniowej tych mięśni może prowadzić do urazów i bólu. W związku z tym programy rehabilitacyjne mają na celu przywrócenie normalnej kontroli nerwowo-mięśniowej tych mięśni barku, aby pomóc zmniejszyć ból i poprawić funkcję barku. Chociaż programy rehabilitacyjne wykazały pozytywny wpływ na zmniejszenie bólu i poprawę funkcjonalną, nadal nie wiadomo, czy służą one poprawie kontroli nerwowo-mięśniowej mięśni barku.

Podczas gdy mięsień naramienny zapewnia większość momentu obrotowego niezbędnego do uniesienia barku, może również wytworzyć wyższą bezpośrednią siłę działającą na panewkę. Ta siła ścinająca ma tendencję do pociągania głowy kości ramiennej ku górze, co może skutkować zmniejszeniem przestrzeni podbarkowej. Kiedy mięśnie stożka rotatorów działają prawidłowo, linia działania mięśni stożka rotatorów skutkuje siłą centrującą, która może pomóc w utrzymaniu głowy kości ramiennej w środku dołu panewki. Postawiono jednak hipotezę, że jeśli mięśnie pierścienia rotatorów nie są w stanie wytworzyć wystarczającej siły podczas ruchu ramienia, większa siła ścinająca wytwarzana przez mięsień naramienny powoduje górne przesunięcie głowy kości ramiennej. To nieprawidłowe przemieszczenie może spowodować uderzenie w tkanki podbarkowe i ostatecznie doprowadzić do uszkodzenia tkanki i bólu.

Tradycyjnie programy rehabilitacji barku koncentrują się na wzmacnianiu mięśni stożka rotatorów poprzez ruch barku, w którym mięśnie stożka rotatorów wykazują wysoką aktywność mięśniową. Jednakże, chociaż te czynności prowadzą do wzmocnienia stożka rotatorów, nie wiadomo, czy powtarzające się naprężenia wywierane na stożku rotatorów powodują adaptacje nerwowo-mięśniowe, które pomogą przeciwdziałać sile ścinającej mięśnia naramiennego.

Ten stres związany z rehabilitacją może wywoływać neurologiczne i fizjologiczne zmiany w strukturach nerwowo-mięśniowych, a tym samym zmieniać kontrolę nerwowo-mięśniową całego kompleksu barkowego. Pomiary kinematyki i elektromiografii (EMG) są szeroko stosowane do badania kontroli nerwowo-mięśniowej. Podczas gdy miary kinematyczne pokazują wzorce ruchu, EMG pokazuje czas, kolejność i wielkość wyładowań mięśniowych. U pacjentów z urazem barku wykazano nieprawidłową kinematykę i wzorce EMG. Mierzenie parametrów kontroli nerwowo-mięśniowej może prowadzić do lepszego zrozumienia mechanizmu leżącego u podstaw treningu ćwiczeń ramion oraz sposobu, w jaki struktury nerwowo-mięśniowe dostosowują się do stresu podczas treningu fizycznego. Mówiąc dokładniej, oceny te można wykorzystać do oceny, czy program rehabilitacji skutkuje pozytywną adaptacją, która może pomóc mięśniom ramion radzić sobie ze stresem związanym z takimi czynnościami, jak zajęcia sportowe nad głową oraz przenoszenie lub podnoszenie ciężkich przedmiotów. Docelowo można by to wykorzystać do zaprojektowania bardziej efektywnego programu treningowego dla sportowców oraz efektywnego programu rehabilitacji dla pacjentów z urazami barku.

Innowacja

Kiedy kontrola nerwowo-mięśniowa barku jest badana w dziedzinie biomechaniki, rehabilitacji ortopedycznej i sportu, główny nacisk kładzie się na kinematykę i EMG. Te parametry kinematyki i EMG reprezentują sposób, w jaki kompleks barkowy jest kontrolowany podczas ruchu w wyniku wykonania polecenia motorycznego. Pobudliwość korowo-rdzeniowa, która była szeroko badana u pacjentów z zaburzeniami neurologicznymi, znalazła ostatnio zastosowanie również w biomechanice, rehabilitacji ortopedycznej i na boiskach sportowych. Pobudliwość korowo-rdzeniowa reprezentuje skuteczność transmisji nerwowej wzdłuż szlaku korowo-rdzeniowego. Oprócz zaburzeń neurologicznych urazy ortopedyczne i ból mogą również wpływać na pobudliwość korowo-rdzeniową. Na przykład u osób z nieurazową niestabilnością barku dolny czworoboczny wykazuje zmniejszoną pobudliwość. Również doświadczalny toniczny ból mięśni nad pierwszym grzbietowym obszarem międzykostnym powoduje zahamowanie pobudliwości korowej i rdzeniowej. Podobnie wywołany eksperymentalnie ostry ból dolnej części odcinka lędźwiowego wiąże się z różnym wpływem na mięśnie tułowia. Głębokie mięśnie brzucha, takie jak mięsień poprzeczny brzucha, wykazywały zmniejszoną pobudliwość korowo-rdzeniową. W kontraście, bardziej powierzchowne mięśnie, takie jak prostownik kręgosłupa lędźwiowego i zewnętrzny skośny brzucha, wykazywały zwiększoną pobudliwość. Oprócz pomiarów kinematyki i EMG, które demonstrują ogólną strategię motoryczną, pobudliwość korowo-rdzeniowa jest kolejnym obiecującym parametrem do zbadania szczegółów kontroli mięśni naramiennych i stożka rotatorów od pierwotnej kory ruchowej przez rdzeń kręgowy do mięśnia.

Chociaż spójne dowody sugerują, że trening umiejętności motorycznych wiąże się ze zwiększoną pobudliwością, wpływ treningu siłowego na pobudliwość korowo-rdzeniową wciąż nie jest dobrze poznany i może zależeć od mięśni i zadania treningowego. Trening kontroli nerwowo-mięśniowej może być powiązany zarówno z uczeniem się motoryki, jak i treningiem siłowym. Wzorca kontroli i strzelania można bezpośrednio i świadomie nauczyć się ponownie, co wiąże się ze wzrostem siły i uczenia się motorycznego. Ponieważ jest to związane z procesem uczenia się, pobudliwość może wzrosnąć po treningu. Wykazano, że zmiany pobudliwości są skorelowane z efektem uczenia się motorycznego, tak więc zmiany pobudliwości po treningu mogą być skorelowane ze zmianami EMG stożka rotatorów. Po powtarzalnej praktyce świadome wzorce ruchowe mogą stać się automatyczne, zmieniając w ten sposób wzorzec EMG aktywacji stożka rotatorów.

Celem pracy jest (1) zbadanie wpływu treningu fizycznego na kontrolę nerwowo-mięśniową kompleksu barkowego u osób zdrowych, w tym kinematykę, EMG i pobudliwość korowo-rdzeniową oraz (2) zbadanie związku między pobudliwością korowo-rdzeniową, EMG i środki siłowe. Wyniki badania mogą pomóc w zrozumieniu leżących u podstaw neurologicznych i biomechanicznych mechanizmów treningu wysiłkowego i pomóc w zaprojektowaniu protokołów treningowych lub rehabilitacyjnych dla sportowców lub pacjentów z urazami barku.

Zbliżać się

Losowo kontrolowany projekt eksperymentalny zostanie wykorzystany do zbadania wpływu ćwiczeń stożka rotatorów. Zdrowi uczestnicy zostaną zrekrutowani i losowo przydzieleni do dwóch grup, grupy ćwiczącej i grupy kontrolnej.

Wszystkie pomiary zostaną wykonane dwukrotnie, przed i po czterotygodniowej kuracji. Elektrody do elektromiografii cienkodrutowej (EMG) zostaną wprowadzone do mięśni nadgrzebieniowych i podgrzebieniowych stożka rotatorów. Powierzchniowe elektrody EMG będą stosowane do mięśnia środkowego naramiennego i łopatki. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) zostanie wykorzystana do oceny pobudliwości korowo-rdzeniowej mięśnia naramiennego i stożka rotatorów. Płaska cewka stymulacyjna z podwójną cewką zostanie użyta do dostarczenia pojedynczego impulsu stymulacyjnego nad korą ruchową, około 4 cm w bok od przecięcia linii środkowej i linii dwuusznej. Elektromagnetyczne czujniki śledzące zostaną przymocowane do ramienia, łopatki i klatki piersiowej w celu pomiaru kinematyki barku.

Parametry pobudliwości korowo-rdzeniowej będą również mierzone, gdy ramię jest uniesione pod kątem 90° z wyjściowym poziomem skurczu mięśni wynoszącym 10% maksymalnego skurczu dobrowolnego (MVC). Intensywność stymulacji TMS zostanie ustawiona na 10% poniżej progu i będzie zwiększana w krokach co 5%, aż do nasycenia odpowiedzi. Pięć bodźców zostanie dostarczonych przy każdej intensywności stymulacji. Międzyszczytowa amplituda motorycznego potencjału wywołanego (MEP) zostanie zmierzona i uśredniona w pięciu próbach przy każdej intensywności. Krzywa zależności między intensywnością stymulacji a amplitudą MEP jest sigmoidalna i będzie pasować do równania Boltzmanna.

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

W tym równaniu MEP(s) to amplituda motorycznego potencjału wywołanego, MEPmax to maksymalna amplituda MEP, m to nachylenie funkcji, a S50 to intensywność bodźca, przy której MEP wynosi 50% MEPmax. Nachylenie piku funkcji występuje w punkcie S50. Próg krzywej jest punktem przecięcia z osią x stycznej do funkcji w punkcie maksymalnego nachylenia.

Trzy parametry, MEPmax, m i próg punktu przecięcia z osią x, zostaną użyte do modelowania pobudliwości korowo-rdzeniowej, co zapewnia więcej szczegółów na temat pobudliwości drogi korowo-rdzeniowej. Wartość progu punktu przecięcia z osią x jest zbliżona do progu motorycznego i reprezentuje intensywność bodźca potrzebną do aktywacji najbardziej pobudliwych elementów korowo-rdzeniowych i neuronów ruchowych. Nachylenie wskazuje na efektywność rekrutacji (zysk) drogi korowo-rdzeniowej. MEPmax odzwierciedla równowagę między składnikami pobudzającymi i hamującymi w przewodzie korowo-rdzeniowym.

Kinematyka łopatki i kości ramiennej oraz dynamiczne EMG stożka rotatorów i mięśnia naramiennego będą rejestrowane podczas trzech prób uniesienia ramienia w płaszczyźnie łopatki. Średniokwadratowe dane EMG zostaną obliczone na podstawie czterech przyrostów ruchu co 30° podczas unoszenia ramienia od 0° do 120°. Kinematyka szkaplerza zostanie przedstawiona przy 30°, 60°, 90° i 120° uniesienia kości ramiennej.

Badani zostaną poddani badaniu propriocepcji barku. Będą nosić gogle, które będą dawały wskazówki wizualne, które poprowadzą ich do celu. Przedstawione zostaną trzy pozycje docelowe: kąty elewacji ramienno-piersiowej 50°, 70° i 90° w płaszczyźnie łopatki. Badani zostaną poinstruowani, aby po rozluźnieniu ramion z boku ponownie dosięgnąć celu bez żadnych wizualnych wskazówek. Obliczone zostaną błędy między kątem docelowym a kątem zwróconym.

Oba programy leczenia będą trwały cztery tygodnie. Osoby w grupie ćwiczącej będą miały standardowe ćwiczenia rehabilitacyjne dla zespołu ciasnego barku. Ćwiczenie będzie oparte na wcześniejszym badaniu terapeutycznym przeprowadzonym przez dr Karduna i zostanie zmodyfikowane tak, aby kłaść nacisk na ułatwienie i wzmocnienie mięśni stożka rotatorów. Osoby z grupy kontrolnej nie będą miały żadnych ćwiczeń. Osoby kontrolne zostaną poproszone o kontynuowanie swoich regularnych zajęć i będą miały tylko dwie oceny.

Dwukierunkowa mieszana analiza wariancji (ANOVA) zostanie wykorzystana do zbadania różnic w kontroli nerwowo-mięśniowej po leczeniu między grupą kontrolną a grupą ćwiczącą. Zmiennymi zależnymi będą zmiany kinematyki, EMG i pobudliwości po leczeniu. Zmiennymi niezależnymi będą kąty i grupy uniesienia kości ramiennej. Korelacja między zmianami miar TMS, miarami EMG i siłami zostanie zbadana za pomocą analizy korelacji.