Neurofizjologiczne korelaty planowania ruchu podczas złożonych zadań lądowania z wyskokiem i rola funkcji poznawczych

Szczególnie w kontekście uprawiania piłki nożnej zerwania więzadła krzyżowego przedniego (ACL) należą do najczęstszych urazów. Jednak zerwanie ACL skutkuje nie tylko utratą stabilności mechanicznej w stawie kolanowym: zerwanie więzadła i późniejsza operacja rekonstrukcyjna prowadzą do masywnego uszkodzenia tzw. mechanoreceptorów (proprioceptorów). Te niewielkie czujniki dostarczają mózgowi precyzyjnych informacji o napięciu więzadła krzyżowego i pozycji stawu kolanowego. Dzięki temu sprzężeniu zwrotnemu człowiek może dostosować działanie mięśni stabilizujących do różnych sytuacji w sporcie i życiu codziennym oraz chronić kolano przed urazami. Tak więc deficyty koordynacji są częstymi konsekwencjami zerwania i rekonstrukcji ACL z powodu gorszego sensorycznego sprzężenia zwrotnego.

Nowe odkrycia dostarczają dowodów na to, że uszkodzenie mechanoreceptorów wywołane urazem powoduje również trwałe reorganizacje neuronów w mózgu (neuroplastyczność wywołana urazem). Odnoszą się one w szczególności do kory ruchowej, za pomocą której kontrolowane są ruchy dobrowolne. Zgodnie z wynikami badań obrazowych (np. funkcjonalna tomografia rezonansu magnetycznego; MRI) oraz badania elektrofizjologiczne (np. elektroencefalografia; EEG), te neurologiczne adaptacje wydają się utrzymywać daleko poza wznowieniem codziennych zajęć sportowych lub wyczynowych. Naukowcy sugerują, że te adaptacje ośrodkowego układu nerwowego mogą być podstawową przyczyną często obserwowanych, trwałych deficytów kontroli motorycznej i czynnościowych (np. siły mięśniowej i deficytów aktywacji mięśniowej), relatywnie wysoki stopień ponownego urazu, niski wskaźnik powrotu do sportu i niewielki odsetek powracających do pierwotnego poziomu wydolności po zerwaniu i rekonstrukcji ACL. Czyste przywrócenie funkcji nerwowo-mięśniowej bez eliminacji zmian neuroplastycznych w mózgu nie wydaje się zatem wystarczające.

W ostatnich badaniach wpływ urazu ACL na aktywność mózgu był badany wyłącznie podczas nieswoistych, niezwiązanych ze sportem i urazami testów (np. proste ruchy zginania i prostowania oraz zadania reprodukcji kątowej stawu kolanowego). Często urazy ACL pojawiają się w nieprzewidywalnych warunkach, zwłaszcza w złożonych, dynamicznych ruchach, takich jak zmiany kierunku, skoki i lądowania. Tutaj mózg musi jak najszybciej przetworzyć informacje z receptorów ACL, aby zainicjować odpowiednią reakcję ruchową chroniącą kolano.

Na tle opisanych powyżej ustaleń, to przekrojowe badanie kliniczno-kontrolne najpierw zbada wpływ całkowicie wygojonego zerwania ACL i rekonstrukcji (symetria boczna miar wydajności nerwowo-mięśniowej powyżej 85%) na aktywność korową związaną z planowaniem ruchu (poprzez elektroencefalografię) środki podczas złożonych zadań skok-lądowanie: Uczestnicy badania wykonują skoki w przeciwną stronę (n=80; CMJ, czas lotu około 500 ms), po których następuje lądowanie na jednej nodze. Podczas gdy w przewidywanych warunkach (n=40), osoby otrzymują informację wizualną (przedstawianą na ekranie), na którą nogę/stopę (lewą, prawą) mają wylądować przed samozainicjowanymi CMJ, osoby otrzymają tę informację w nieprzewidzianych warunkach (n=40) dopiero po starcie (około 400 ms przed kontaktem z ziemią). Pomiar stabilności lądowania jest standaryzowany za pomocą wybranych parametrów biomechanicznych (platforma sił pojemnościowych). Cechy poznawcze związane z urazem (np. reakcja, szybkość przetwarzania informacji i pamięć robocza) są wykrywane za pomocą komputerowych i papierowych klinicznych testów poznawczych.

Badacze wysuwają hipotezę, że związane z urazem przystosowanie neurologiczne w korze ruchowej prowadzi do intensywniejszego planowania czynności motorycznych przed rozpoczęciem ruchu (kompensacja deficytów czuciowych). Zwiększone wykorzystanie zdolności neuronalnych do planowania ruchu może następnie prowadzić do wolniejszych lub nieprecyzyjnych reakcji motorycznych na nieprzewidziane/nieoczekiwane zdarzenia, a następnie powodować większą niestabilność lądowania lub odpowiednio zwiększać ryzyko urazu kolana. Przyjmuje się również, że słabsze poznawcze przetwarzanie informacji wiąże się odpowiednio z bardziej niestabilnym lądowaniem lub większym ryzykiem urazu lub większą częstością urazów.