Wpływ zmęczenia i Biofreeze® na biomechanikę biegania

Opóźniona bolesność mięśni (DOMS) to powszechna skarga wielu biegaczy, od nowicjuszy po ekspertów. DOMS może wpływać na podstawowe elementy poruszające się, w tym między innymi na zginacze i prostowniki stawu biodrowego, zginacze i prostowniki kolana oraz zginacze podeszwowe kostki. Podczas biegania z DOMS mechanika bioder, kolan i kostek może zostać naruszona w taki sposób, że może spowodować kompensację ochronną, aby zapobiec dalszym uszkodzeniom lub złagodzić ból w dotkniętych mięśniach. Częstym zjawiskiem jest DOMS w prostownikach stawu kolanowego po długotrwałym bieganiu. DOMS występujące w prostownikach stawu kolanowego mogą znacznie wpływać na biomechanikę strzałkowego stawu kolanowego (Dutto i Braun 2004; Paquette i in., 2017). Mówiąc dokładniej, te zmiany w mechanice kolana mogą zwiększyć sztywność kolana w początkowej pozycji, powodując wzrost pionowej sztywności nóg. Ta zmiana sztywności kolana potencjalnie służy jako ochronny mechanizm kompensacyjny przed wydłużaniem prostowników kolana (Paschalis i in., 2007; Tsatalas i in., 2010). Zmiana mechaniki biegu (w wyniku DOMS lub zmęczenia) może potencjalnie prowadzić do zwiększonego ryzyka kontuzji związanych z bieganiem.

Jednym z potencjalnych sposobów zmniejszenia lub złagodzenia wpływu bolesności mięśni na biomechanikę biegania jest stosowanie miejscowych środków przeciwbólowych (Ellis i in., 2005). Miejscowe środki przeciwbólowe, takie jak Biofreeze®, działają poprzez przyłączanie się do receptorów bólu, które przekazują sygnał do mózgu i przekazują sygnał z powrotem do mięśnia, aby chronić mięsień poprzez pozostawanie w skróconej pozycji, wpływając zarówno na wytwarzanie siły, jak i biomechanikę biegu (Johar i in. al., 2012). Zablokowanie tego sygnału powinno pozwolić osobie na złagodzenie bólu mięśni i przywrócenie funkcji mięśni i mechaniki stawów do poziomów sprzed DOMS. Jednak interakcyjny wpływ bolesności mięśni i miejscowego środka przeciwbólowego na biomechanikę biegania pozostaje nieznany. Zmniejszenie bólu mięśni związanego z DOMS może prowadzić do poprawy wyników w bieganiu lub przynajmniej większego komfortu w codziennym życiu, gdy mamy do czynienia z DOMS. Do tej pory przeprowadzono niewiele badań nad interaktywnym wpływem DOMS leczonych miejscowym środkiem przeciwbólowym na biomechanikę biegową.

Protokół eksperymentu

Osoby badane: Do badania zostanie zrekrutowanych 20 osób w wieku 17-40 lat. Uczestnicy będą uznawani za biegaczy rekreacyjnych (minimum 17 lat, biegający 20 km tygodniowo, bez niedawnych lub aktualnych kontuzji). Od wszystkich uczestników zostanie uzyskana pisemna świadoma zgoda.

Procedury eksperymentalne: Przed przystąpieniem do jakichkolwiek procedur eksperymentalnych uczestnicy przejdą krótką sesję zapoznawczą i zostaną wykonane pomiary antropometryczne wymagane do analizy przechwytywania ruchu. Następnie uczestnicy będą mogli rozgrzać się podczas regularnego marszu/biegu/rozciągania. Po zakończeniu uczestnicy zostaną wyposażeni w nasz sprzęt biomechaniczny (patrz poniżej). Następnie uczestnicy będą biegać na bieżni. Każda sesja biegowa potrwa 5-10 minut, a uczestnicy będą biec z dwiema różnymi prędkościami (2 i 3 m/s), ponieważ wpływ ćwiczeń ekscentrycznych zarówno prostowników, jak i zginaczy kolana na poszczególne parametry czasowo-przestrzenne i kinematykę biegu kolana jest zależne od prędkości. Po sesji biegowej na obu prędkościach uczestnicy wykonają nasz protokół DOMS (patrz poniżej). 48 godzin po protokole DOMS uczestnicy powrócą do laboratorium, aby wykonać dokładnie ten sam protokół biegowy, jak opisano powyżej. Następnie uczestnicy otrzymają Biofreeze® (lub placebo) (patrz poniżej) i 15 minut po aplikacji uczestnicy ponownie wykonają protokół biegowy (patrz oś czasu poniżej)

Dzień 1:

• Zapoznanie z protokołem i terenem laboratorium
• Pomiary antropometryczne
• Bieżąca analiza kinematyczna — BASELINE (EMG i Motion Capture)
• Protokół DOMS (odrzuć bieganie na bieżni) Dzień 2: (48 godzin po protokole DOMS)
• Pomiar DOMS (próg bólu uciskowego - patrz załącznik, analiza subiektywna)
• Analiza kinematyki biegu wywołana DOMS
• Aplikacja Biofreeze / Aplikacja kontrolna (Placebo).
• Interwencja podczas analizy kinematycznej
• EMG i Motion Capture podczas obu sesji

Protokół DOMS w celu wywołania bólu: Protokół DOMS będzie polegał na tym, że uczestnicy wykonają 30-minutowy protokół biegu na bieżni. Uczestnik najpierw rozgrzeje się przez 5 minut w spokojnym tempie marszu na nachyleniu 0%. Gdy uczestnik zapozna się z bieżnią i będzie przygotowany, bieżnia zostanie ustawiona na stopień -10% (spadek), a uczestnicy będą pracować do 85% przewidywanego maksymalnego tętna (PHRM). Po osiągnięciu 85% PHRM rozpocznie się 30-minutowy stoper, a uczestnik będzie dążył do utrzymania tego poziomu intensywności dzięki monitorowaniu przez obserwatora, który pozostanie po stronie uczestników. Uczestnik będzie przypięty do klucza bezpieczeństwa na bieżni przez cały czas przebywania na bieżni.

Kinematyka: trójwymiarowa kinematyka dolnej części ciała będzie śledzona za pomocą 10-kamerowego systemu przechwytywania ruchu Vicon (Vicon, Oxford, Wielka Brytania). Poszczególne markery zostaną umieszczone nad anatomicznymi punktami orientacyjnymi, w tym kostkami przyśrodkowymi i bocznymi, stopą (pięta, dystalne kości śródstopia), kłykciami przyśrodkowymi i bocznymi kolana, krętarzami większymi biodra, miednicą (kolce biodrowe przednie górne, kolce biodrowe tylne górne), i tułowia (wyrostek mieczykowaty, wcięcie nadmostkowe, kręgi T10, kręgi C7 i środkowo-dolny punkt orientacyjny łopatki do identyfikacji pozycji). Dodatkowo, specjalnie formowane sztywne korpusy składające się z lekkich odblaskowych znaczników zostaną przymocowane do grzbietowej powierzchni stopy, bocznej części środkowej podudzia, bocznej połowy uda i tylnej części miednicy (obszar krzyżowo-biodrowy). Sztywne bryły zostaną wykorzystane do śledzenia ruchu segmentów podczas testów eksperymentalnych. Kalibracja statyczna określi związek między sztywnymi ciałami a znacznikami kalibracji nad anatomicznymi punktami orientacyjnymi, a następnie środkami stawów i układami współrzędnych segmentów. Oznaczenia będą mocowane za pomocą nylonowego paska na rzep, taśmy medycznej lub taśmy dwustronnej, w zależności od indywidualnego miejsca.

Elektromiografia (EMG): Aktywność mięśni będzie rejestrowana za pomocą elektromiografii powierzchniowej (SEMG), a przed umieszczeniem elektrod zostaną przeprowadzone standardowe przygotowania, w tym zgolenie powierzchni i oczyszczenie skóry alkoholem (SOP 07 - Surface EMG). Badacze będą wymagać miejscowego golenia w określonych poniżej miejscach przed umieszczeniem elektrod, aby poprawić jakość naszych miejsc rejestracji. Zostanie użyta jednorazowa, jednorazowa maszynka do golenia, a jeśli wystąpi krwawienie lub poparzenie brzytwą, stanie się to priorytetem, zamiast kontynuowania protokołu. SEMG zostanie zarejestrowane z 8 mięśni kończyn dolnych (obustronnie). Wybrane grupy mięśniowe będą obejmować:

1. Prostowniki kolana: obszerny przyśrodkowy, obszerny boczny, prosty uda, obszerny pośredni
2. Zginacze kolana: biceps femoris, semimembranosus, semitendinosus
3. Zginacze podeszwowe kostki: mięsień brzuchaty łydki

Po przygotowaniu elektrody, które obejmowało golenie i szorowanie alkoholem, nad każdym brzuścem mięśnia zostaną umieszczone jednorazowe bipolarne elektrody powierzchniowe Ag-AgCl (MediTrace 130, Kendall, Mansfield, MA, USA) wyrównane z orientacją włókien mięśniowych, z międzyelektrodami od środka do środka odległość 2,5 cm. EMG będzie filtrowane pasmowoprzepustowo (10-1000 Hz) i wzmacniane różnicowo (CMRR > 115 dB przy 60 Hz; impedancja wejściowa -10 GQ; model AMT-8, Bortec Biomedical Ltd., Calgary, AB, Kanada).

Po przygotowaniu uczestnicy wykonują serię maksymalnych dobrowolnych skurczów, aby znormalizować sygnały EMG. Uczestnicy wykonają izometryczne maksymalne zgięcie i wyprost kolana w celu znormalizowania sygnałów EMG. Wszystkie dane EMG będą rejestrowane cyfrowo z częstotliwością 2048 Hz.

Próg bólu uciskowego: Próg bólu uciskowego zostanie użyty do oceny tkliwości mięśni i jest zdefiniowany jako minimalna siła nacisku powodująca ból. Próg bólu przy wyższym ciśnieniu wskazuje na mniejszą tkliwość mięśni. Próg bólu uciskowego zostanie zmierzony dla prawego mięśnia czworogłowego każdego uczestnika na początku każdej sesji ćwiczeń przed jakimkolwiek innym badaniem. Uczestnicy zostaną poinstruowani, aby powiedzieć „tak”, gdy tylko poczują ból, a nie ucisk. Gdy uczestnik znajduje się w zrelaksowanej pozycji stojącej, badacz umieszcza sondę algometru w linii środkowej prawego mięśnia czworogłowego w połowie odległości między grzebieniem biodrowym a górnym brzegiem rzepki. Badacz będzie stopniowo przykładał siłę ze stałą szybkością 50-60 kPa·s-1, aż uczestnik zasygnalizuje ból. Trzy próby, z 30-sekundową przerwą między pomiarami, zostaną zmierzone za pomocą algometru o powierzchni stymulacji 1,0 cm2 (Lafayette Instrument Company, Manual Muscle Tester, Model 01163, Lafayette, Indiana, USA.), a dane zostaną zapisane w kilogramach/ cm2 z przeliczeniem na kilopaskale (1kg/cm2=98,1 kPa). Do analizy zostanie wykorzystana średnia z trzech prób.

Odczuwany ból (subiektywna analiza bólu): Bolesność mięśni będzie również mierzona za pomocą Numerycznej Skali Oceny (NRS) BS-11. NRS pozwoli uczestnikom wyrazić ilość bólu w odniesieniu do bolesności mięśni, jakiej doświadczyli. NRS to 11-punktowa skala od 0 do 10, gdzie 0 definiuje „absolutnie brak bolesności mięśni”, a 10 definiuje „najgorszy ból mięśni, jaki kiedykolwiek odczuwano”.

Tempo odczuwanego wysiłku: Zastosowana zostanie uproszczona skala do pomiaru tempa odczuwanego wysiłku (1-10, gdzie 1 oznacza minimalny wysiłek, a 10 maksymalny wysiłek, który można utrzymać tylko przez kilka sekund). Zostanie to zebrane i uśrednione podczas każdej bieżącej części badania (linia bazowa, DOMS, Biofreeze/Kontrola).

Stosowanie Biofreeze® (lub placebo): Miejscowy krem ​​zostanie nałożony na mięsień czworogłowy. Jeśli Biofreeze, 8 ml miejscowego środka przeciwbólowego zostanie nałożone na brzuch mięśnia czworogłowego. Sposób aplikacji nie będzie wiązał się z żadną znaczącą siłą, naciskiem lub pocieraniem, a zatem nie należy spodziewać się żadnej aktywacji odruchowej. Ta dawka Biofreeze® jest oparta na oszacowaniu, że średnia powierzchnia skóry na mięśniu czworogłowym wynosi około 1600 cm2, a zalecana dawka Biofreeze® to 1 ml na 200 cm2. Ten sam proces nastąpi w przypadku kremu placebo. Naukowcy będą ślepi na stosowanie Biofreeze® lub placebo. Grupy zostaną losowo przydzielone do warunków kontrolnych lub eksperymentalnych.