Влияние физических упражнений на нервно-мышечный контроль плеча

Значимость

Плечевой комплекс человека жертвует стабильностью в обмен на большой диапазон движений, необходимых для манипулирования руками. Из-за присущей нестабильности костной конгруэнтности и ограничения связок динамический контроль мышц играет важную роль в стабилизации плеча во время движения. Мышцы вращательной манжеты плеча служат главным стабилизатором плечевого сустава, в то время как дельтовидная мышца обеспечивает большую часть крутящего момента, необходимого для движения. Таким образом, координация дельтовидных мышц и мышц-вращателей манжеты плеча необходима для плавной и эффективной работы плеча. Нарушение нервно-мышечного контроля этих мышц может привести к травмам и боли. Следовательно, программы реабилитации направлены на восстановление нормального нервно-мышечного контроля этих плечевых мышц, чтобы помочь уменьшить боль и улучшить функцию плеча. Хотя реабилитационные программы продемонстрировали положительное влияние на уменьшение боли и функциональное улучшение, до сих пор неизвестно, способствуют ли они улучшению нервно-мышечного контроля мышц плеча.

В то время как дельтовидная мышца обеспечивает большую часть крутящего момента, необходимого для подъема плеча, она также может создавать превосходную непосредственную силу на гленоиде. Эта сдвигающая сила имеет тенденцию тянуть головку плечевой кости вверх, что может привести к уменьшению субакромиального пространства. Когда мышцы ротаторной манжеты функционируют правильно, линия действия мышц ротаторной манжеты приводит к центрирующей силе, которая может помочь удерживать головку плечевой кости в центре суставной ямки. Однако была выдвинута гипотеза, что если мышцы вращательной манжеты плеча не способны создавать достаточную силу во время движения руки, превосходящая сила сдвига, создаваемая дельтовидной мышцей, приводит к перемещению головки плечевой кости вверх. Это аномальное смещение может привести к ущемлению субакромиальных тканей и, в конечном итоге, к повреждению тканей и боли.

Традиционно программы реабилитации плечевого сустава сосредоточены на укреплении мышц-вращателей плеча за счет движения плеча, при котором мышцы-вращатели плеча демонстрируют высокую мышечную активность. Однако, хотя эти действия приводят к укреплению вращательной манжеты плеча, неизвестно, приводит ли повторяющаяся нагрузка на вращательную манжету к нервно-мышечной адаптации, которая помогает противодействовать силе сдвига дельтовидной мышцы.

Этот реабилитационный стресс может вызвать неврологические и физиологические изменения в нервно-мышечных структурах и, таким образом, изменить нервно-мышечный контроль всего плечевого комплекса. Кинематика и электромиографические (ЭМГ) измерения широко используются для изучения нервно-мышечного контроля. В то время как кинематические измерения показывают модели движения, ЭМГ демонстрирует время, последовательность и величину возбуждения мышц. Аномальная кинематика и паттерны ЭМГ были продемонстрированы у пациентов с импинджментом плеча. Измерение параметров нервно-мышечного контроля может привести к лучшему пониманию основного механизма тренировки плечевых мышц и того, как нервно-мышечные структуры адаптируются к стрессу во время тренировки. В частности, эти оценки можно использовать для оценки того, приводит ли программа реабилитации к положительной адаптации, которая может помочь мышцам плеча справиться со стрессом от таких действий, как занятия спортом над головой, переноска или подъем тяжелых предметов. В конечном итоге это может быть использовано для разработки более эффективной программы тренировок для спортсменов и эффективной программы реабилитации пациентов с травмами плеча.

Инновации

Когда нервно-мышечный контроль плеча исследуется в области биомеханики, ортопедической реабилитации и спорта, основное внимание обычно уделяется кинематике и ЭМГ. Эти параметры кинематики и ЭМГ представляют, как плечевой комплекс контролируется во время движения в результате выполнения двигательной команды. Корково-спинномозговая возбудимость, которая широко изучалась у пациентов с неврологическими расстройствами, в последнее время также нашла применение в биомеханике, ортопедической реабилитации и спорте. Корково-спинномозговая возбудимость представляет собой эффективность нервной передачи по корково-спинномозговому пути. В дополнение к неврологическим нарушениям ортопедическая травма и боль также могут влиять на возбудимость коры головного мозга. Например, у лиц с нетравматической нестабильностью плеча возбудимость нижней трапециевидной мышцы снижена. Кроме того, экспериментальная тоническая мышечная боль над первым тыльным межкостным суставом приводит к угнетению корковой и спинальной возбудимости. Точно так же экспериментально индуцированная острая боль в нижней части поясницы связана с различным воздействием на мышцы туловища. Глубокие мышцы живота, такие как поперечная мышца живота, показали снижение корково-спинномозговой возбудимости. При сокращении более поверхностные мышцы, такие как поясничная мышца, выпрямляющая позвоночник, и наружная косая мышца живота, демонстрировали повышенную возбудимость. В дополнение к кинематике и измерениям ЭМГ, которые демонстрируют общую двигательную стратегию, кортикоспинальная возбудимость является еще одним многообещающим параметром для изучения деталей того, как дельтовидная мышца и мышцы-вращатели манжеты плеча контролируются от первичной моторной коры через спинной мозг к мышце.

В то время как последовательные данные свидетельствуют о том, что тренировка двигательных навыков связана с повышенной возбудимостью, влияние силовых тренировок на корково-спинальную возбудимость до сих пор недостаточно изучено и может зависеть от мышц и тренировочной задачи. Тренировка нервно-мышечного контроля может быть связана как с двигательным обучением, так и с силовой тренировкой. Схема управления и срабатывания может быть повторно изучена сознательно, что включает увеличение силы и двигательного обучения. Поскольку это связано с процессом обучения, возбудимость может повышаться после тренировки. Было показано, что изменения возбудимости коррелируют с эффектом двигательного обучения, поэтому изменения возбудимости после тренировки могут быть коррелированы с изменениями ЭМГ вращательной манжеты плеча. После повторной практики сознательные модели движений могут стать автоматическими, что изменит паттерн ЭМГ активации вращательной манжеты плеча.

Цели исследования: (1) изучить влияние физических упражнений на нервно-мышечный контроль плечевого комплекса у здоровых людей, включая кинематику, ЭМГ и корково-спинальную возбудимость, и (2) изучить взаимосвязь между корково-спинномозговой возбудимостью, ЭМГ и силовые меры. Результаты исследования могут помочь понять лежащий в основе неврологический и биомеханический механизм тренировки и разработать протоколы тренировок или реабилитации для спортсменов или пациентов с травмами плеча.

Подход

Рандомизированный контролируемый экспериментальный план будет использоваться для изучения влияния упражнений на вращательную манжету плеча. Здоровые субъекты будут набраны и случайным образом разделены на две группы: группу упражнений и контрольную группу.

Все меры будут сделаны дважды, до и после четырехнедельного лечения. В надостную и подостную мышцы вращательной манжеты плеча будут вставлены тонкопроволочные электромиографические (ЭМГ) электроды. Поверхностные электроды ЭМГ будут использоваться для средней дельтовидной и лопаточной мышц. Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) будет использоваться для оценки корково-спинальной возбудимости дельтовидной мышцы и вращательной манжеты плеча. Плоская стимулирующая катушка с двойной катушкой будет использоваться для обеспечения одноимпульсного стимула над моторной корой, примерно на 4 см латеральнее пополам средней линии и биаурикулярной линии. Электромагнитные датчики слежения будут прикреплены к руке, лопатке и грудной клетке для измерения кинематики плеча.

Параметры корково-спинномозговой возбудимости также будут измеряться, когда рука находится под углом 90° при исходном уровне мышечного сокращения 10% от максимального произвольного сокращения (MVC). Интенсивность стимуляции ТМС будет установлена ​​на 10 % ниже порогового значения и будет увеличиваться с шагом 5 % до тех пор, пока ответ не станет насыщенным. При каждой интенсивности стимуляции будет доставлено пять стимулов. Амплитуда моторного вызванного потенциала (МВП) от пика к пику будет измеряться и усредняться по пяти испытаниям при каждой интенсивности. Кривая зависимости между интенсивностью стимуляции и амплитудой ВМО является сигмоидальной и соответствует уравнению Больцмана.

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

В этом уравнении MEP(s) — это амплитуда моторного вызванного потенциала, MEPmax — максимальная амплитуда MEP, m — наклон функции, а S50 — интенсивность стимула, при которой MEP составляет 50% от MEPmax. Пиковый наклон функции приходится на S50. Порог кривой представляет собой точку пересечения по оси x касательной к функции в точке максимального наклона.

Три параметра, MEPmax, m и порог пересечения x, будут использоваться для моделирования корково-спинномозговой возбудимости, что обеспечивает более подробную информацию о возбудимости корково-спинномозгового тракта. Величина порога пересечения по оси х аналогична моторному порогу и представляет собой интенсивность стимула, необходимую для активации наиболее возбудимых корково-спинномозговых элементов и мотонейронов. Наклон указывает на эффективность рекрутирования (усиления) корково-спинномозгового тракта. MEPmax отражает баланс между возбуждающими и тормозными компонентами корково-спинномозгового тракта.

Кинематика лопатки и плечевой кости и динамическая ЭМГ вращательной манжеты плеча и дельтовидных мышц будут зарегистрированы во время трех попыток подъема руки в лопаточной плоскости. Среднеквадратичные данные ЭМГ будут рассчитаны для четырех приращений движения по 30° во время подъема руки от 0° до 120°. Кинематика лопатки будет представлена ​​при 30°, 60°, 90° и 120° возвышения плечевой кости.

Субъекты будут проверены на проприоцепцию плеча. Они будут носить защитные очки, которые будут давать визуальные подсказки, которые помогут им достичь цели. Будут представлены три целевых положения: плече-грудные углы возвышения 50°, 70° и 90° в лопаточной плоскости. Субъектам будет предложено снова достичь цели без каких-либо визуальных подсказок после расслабления рук в стороны. Будут рассчитаны ошибки между целевым углом и углом, который они возвращают.

Обе программы лечения продлятся четыре недели. Субъекты в группе упражнений будут иметь стандартные реабилитационные упражнения для импинджмент-синдрома плеча. Упражнение будет основано на предыдущем исследовании лечения, проведенном доктором Кардуна, и будет изменено, чтобы акцентировать внимание на облегчении и укреплении вращательных мышц плеча. Субъекты в контрольной группе не будут получать никаких упражнений. Субъектам управления будет предложено сохранить свою обычную деятельность и получить только две оценки.

Двусторонний смешанный дисперсионный анализ (ANOVA) будет использоваться для изучения различий в нервно-мышечном контроле после лечения между контрольной и тренировочной группами. Зависимыми переменными будут изменения кинематики, ЭМГ и возбудимости после лечения. Независимыми переменными будут углы возвышения и группы плечевых суставов. Корреляция между изменениями показателей ТМС, показателей ЭМГ и сил будет исследована с помощью корреляционного анализа.