Rafforzamento in isometria dei muscoli flessori ed estensori a vari angoli articolari del ginocchio: studio biomeccanico

La riabilitazione dopo lesione del legamento crociato anteriore (LCA) rappresenta uno dei campi di maggiore interesse e studio della riabilitazione in ambito ortopedico/sportivo. Numerosi studi in Letteratura testimoniano la vivacità di crescita scientifica presente in proposito (1,2). Attualmente l’orientamento a livello internazionale è quello di creare un programma riabilitativo quanto più personalizzato sulla base delle richieste funzionali del paziente che partecipa come primo attore insieme al chirurgo ed al riabilitatore all’ottima riuscita del programma stesso (1). Gli obiettivi sono quelli di permettere il raggiungimento di un’articolarità completa, di una forza muscolare almeno uguale al controlaterale sano ed un controllo neuromuscolare, propriocettivo adeguato (3). Abbandonati ormai da tempo i criteri temporali, l’avanzamento per step nel programma riabilitativo è scandito dal raggiungimento di obiettivi prefissati (4) fino a riportare il soggetto ad un livello funzionale pre-lesione, garantendogli un rientro in sicurezza alle attività sportive a qualsiasi livello.

Uno degli obiettivi della riabilitazione è proprio il raggiungimento di un adeguato livello di forza dei muscoli della coscia (5,6). Gli esercizi terapeutici applicabili dopo lesione e dopo ricostruzione del LCA allo scopo di rafforzare il quadricipite e gli ischiocrurali sono molteplici: esercizi in isometria, esercizi isotonici in concentrica o in eccentrica a catena cinetica aperta o chiusa. Da lungo tempo esiste in Letteratura un dibattito tra sostenitori dell’utilizzo degli esercizi a catena cinetica aperta e fautori di quelli a catena cinetica chiusa (3,7). Un interessante studio randomizzato controllato pubblicato da S. Tagesson et al. nel 2008 (3) stabilisce l’importanza degli esercizi a catena cinetica aperta per il quadricipite rispetto quelli a catena cinetica chiusa nel raggiungimento di un migliore momento di forza  muscolare. Nei due gruppi esaminati ( programma riabilitativo convenzionale più soli esercizi a catena cinetica aperta o soli esercizi a catena cinetica chiusa ) non è stata riportata alcuna differenza nella forza degli ischiocrurali, nella traslazione anteriore della tibia sia statica che dinamica e gli outcomes funzionali erano simili. Una revisione sistematica della Letteratura pubblicata nel 2004 da M. A. Risberg et al. (1) circa le evidenze esistenti sulla riabilitazione per le lesioni del LCA, riporta che i possibili effetti negativi della catena cinetica aperta come il dolore anteriore di ginocchio, la lassità legamentosa, non sono supportati da risultati nei trials esaminati. Gli Autori della revisione concludono affermando che cauti esercizi a catena cinetica aperta eseguiti ad angoli articolari superiori ai 40° di flessione ed iniziati circa dopo 6 settimane dall’intervento di ricostruzione del LCA possono incrementare significativamente la forza del quadricipite senza ledere il neo-LCA.

L’alterato utilizzo funzionale del ginocchio dopo un evento traumatico con lesione del LCA e l’immobilità, se pur sempre più breve, seguente all’intervento chirurgico associata alla presenza di ematoma e dolore nel post-operatorio portano ad una progressiva ipotrofia del quadricipite. Gli insuccessi della riabilitazione dopo intervento di ricostruzione del LCA e le recidive sono spesso da ascrivere ad un programma riabilitativo incauto o inefficace e uno dei deficit più frequenti in questi casi è proprio un mancato raggiungimento di un’adeguata forza muscolare del quadricipite. Numerosi Autori sono concordi nel sostenere che il rafforzamento del quadricipite rappresenti la chiave di volta di un attento programma riabilitativo (6,7). Il nodo fondamentale sta nel raggiungere velocemente un buon incremento della forza muscolare senza tuttavia ledere il neo-LCA, quindi utilizzando esercizi ad angoli articolari sicuri che non provochino uno “strain” sul legamento.

In realtà, al fine di ottenere un buon risultato è tanto importante la riabilitazione post-operatoria quanto quella pre-operatoria: quanto più un soggetto arriva preparato all’intervento, cioè con una buona articolarità, un buon livello di forza muscolare e ed un altrettanto buon controllo propriocettivo tanto maggiori saranno le probabilità di un recupero ottimale. In preparazione all’intervento chirurgico e nell’immediata fase post-operatoria, accanto agli esercizi di mobilizzazione al fine di ottenere un’articolarità completa, vengono introdotti (fin dalle prime ore dopo l’intervento) esercizi di rafforzamento muscolare per il quadricipite in isometria (7). Questi esercizi vengono eseguiti con il ginocchio in completa estensione e con l’utilizzo di pesi posti alla caviglia, con incremento graduale del carico. Il fatto di mantenere l’articolazione a 0° assicura di evitare di viziare il ginocchio in flessione. Dopo un evento lesivo, infatti, il ginocchio, come tutte le articolazioni, tende a portarsi in una posizione articolare in cui risulta minima la tensione articolare e per il ginocchio questa posizione è intorno ai 30°. Temibili sono le retrazioni in flessione che possono verificarsi dopo lesione legamentosa e proprio per questo, particolare attenzione viene posta nel recupero della completa estensione del ginocchio. Attualmente l’obiettivo riabilitativo è quello di recuperare la completa iperestensione del ginocchio

E’ tuttavia noto come ciascun muscolo riesce a raggiungere un momento di forza differente a differenti lunghezze muscolari. L’influenza della posizione articolare sulla generazione del segnale elettromiografico e del momento di forza durante una contrazione isometrica volontaria massimale è stata studiata per vari gruppi muscolari come gli ischiocrurali (8,9), il bicipite brachiale (10) gli estensori del ginocchio (11,12,13,14,15).

Obiettivo di questo studio è quello di quantificare la variazione del segnale elettromiografico e del momento di forza a vari angoli articolari del ginocchio durante una contrazione muscolare isometrica per il quadricipite, gli ischiocrurali ed il gastrocnemio in soggetti sani. Studiare in vivo, su soggetti sani, le relazioni esistenti tra forza muscolare e lunghezza muscolare e quindi l’attività elettrica associata trova numerose ricadute applicative come miglioramento della conoscenza della biomeccanica degli esercizi, della progettazione dei programmi riabilitativi, dell’interpretazione dei dati elettromiografici, nonché risulterebbe particolarmente utile per pianificare interventi di allungamento o transfer tendineo. L’utilità clinica dei risultati in ambito prettamente riabilitativo, potrebbe essere quella di iniziare ad utilizzare esercizi isometrici, soprattutto nel caso del quadricipite, ad angoli articolari diversi dai 0° ma più efficaci per il rafforzamento muscolare, una volta che si sia raggiunta un’estensione completa e sia ancora troppo precoce l’introduzione di esercizi a catena cinetica chiusa o aperta.

Intervento muscolare nel ginocchio

La muscolatura del ginocchio è costituita complessivamente da nove muscoli: il muscolo bicipite femorale, il muscolo tensore della fascia lata, il muscolo popliteo, il muscolo gastrocnemio, il muscolo sartorio, il muscolo gracile, il muscolo semitendinoso, il muscolo semimenbranoso ed il muscolo quadricipite (16,17). Di questi il muscolo quadricipite occupa tutta il compartimento anteriore della coscia ed è l’unico estensore, tutti gli altri sono flessori ad eccezione del muscolo tensore della fascia lata che, nel ginocchio ha soltanto il ruolo di rotatore esterno.

Il muscolo quadricipite femorale è un voluminoso muscolo che risulta formato da quattro capi, il vasto mediale, il vasto laterale, il retto femorale ed il vasto intermedio, che si raccolgono in un unico tendine terminale.

Il retto femorale origina dalla spina iliaca anteriore inferiore con un tendine diretto e dalla porzione più alta del contorno dell’acetabolo nonché dalla capsula dell’articolazione coxofemorale con un tendine riflesso.

Il vasto mediale origina dal labbro mediale della linea aspra e dalla linea rugosa che unisce questa al collo del femore.

Il vasto laterale origina dalla faccia laterale e dal margine anteriore del grande trocantere, dalla metà superiore del labbro laterale della line aspra del femore e dal suo ramo che va dal grande trocantere. Alcuni fasci laterali si dipartono ancora dal setto intermuscolare laterale e dal tendine del muscolo grande gluteo.

Il vasto intermedio, posto profondamente tra il vasto laterale e quello mediale, origina dal labbro laterale della linea aspra e dai 3 /4 superiori delle facce anteriore e laterale del femore.

I quattro capi convergono in basso, mantenendo però la loro individualità. A livello del ginocchio si raccolgono in un tendine apparentemente unico, ma formato in realtà dalla sovrapposizione di tre lamine (quella superficiale è la continuazione del retto femorale, quella intermedia appartiene ai vasti mediale e laterale, quella profonda al vasto intermedio).

I muscoli flessori del ginocchio sono contenuti nella loggia posteriore della coscia. Sono gli ischio-crurali: bicipite femorale, semitendinoso, semimembranoso; i muscoli della zampa d’oca: retto interno (o gracile), sartorio e semitendinoso (che fa parte anche del gruppo degli ischio-crurali).

Il popliteo e il gastrocnemio.

Sono tutti muscoli bi-articolari con l’eccezione del muscolo popliteo che è monoarticolare.

I flessori bi-articolari hanno anche una contemporanea azione di estensione dell’anca e la loro azione sul ginocchio dipende dalla posizione dell’anca stessa.

Il Muscolo bicipite femorale occupa le regioni posteriore e laterale della coscia e origina con due capi. Il capo lungo nasce dalla parte superiore della tuberosità ischiatica; il capo breve dal terzo medio del labbro laterale della linea aspra del femore. I due capi convergono in un tendine comune che va ad inserirsi sulla testa della fibula, sul condilo laterale della tibia e sulle parti contigue della fascia della gamba. Posteriormente è in rapporto in alto con il grande gluteo e quindi con la fascia femorale; anteriormente corrisponde ai muscoli grande adduttore, semimembra-noso e vasto laterale. In basso costituisce il limite superoesterno della fossa poplitea. Il capo lungo è innervato dal nervo tibiale (L5-S2) e il capo breve dal nervo peroneo comune(S1-S2).

Per quanto riguarda la sua azione, il capo lungo partecipa all’estensione dell’anca. Il maggior ruolo rimane, comunque, quello di flessore del ginocchio e di rotatore esterno della gamba. Con il semimembranoso e il semitendinoso costituisce il gruppo degli ischio-crurali. Oltre all’estensione dell’anca e alla flessione del ginocchio questi muscoli partecipano alla retroversione del bacino.

Il Muscolo semitendinoso è situato superficial-mente nella parte posteromediale della coscia; è carnoso nella porzione superiore, tendineo in quella inferiore. Origina in alto dalla tuberosità ischiatica e discende verticalmente fino alla parte media della coscia, dove continua in un lungo tendine che concorre alla costituzione della zampa d’oca, inserendosi nella parte superiore della faccia mediale della tibia. Posteriormente è in rapporto, in alto, con il muscolo grande gluteo e quindi con la fascia femorale; anteriormente corrisponde ai muscoli grande adduttore e semimembranoso. Insieme al tendine del muscolo semimembranoso costituisce il limite superointerno della fossa poplitea. E’ innervato dal nervo tibiale (L4-L5-S1).

Agisce flettendo e ruotando all’interno la gamba; partecipa anche all’estensione dell’anca.

Il Muscolo semimembranoso, situato profonda-mente al semitendinoso, è cosi detto perché è costituito, nel suo terzo superiore, da una larga lamina tendinea. Origina in alto dalla tuberosità ischiatica, scende verticalmente fino all’altezza dell’interlinea articolare del ginocchio, dove il suo tendine si divide in tre fasci di cui uno discendente va a terminare sulla parte posteriore del condilo mediale della tibia, uno ricorrente risale verso il condilo laterale del femore formando il legamento popliteo obliquo dell’articola-zione del ginocchio, e uno anteriore, o tendine riflesso, termina sulla parte anteriore del condilo mediale della tibia. Superiormente corrisponde ai muscoli grande gluteo, semitendinoso e al capo lungo del bicipite; anteriormente è in rapporto con i muscoli quadrato del femore e grande adduttore. E’ innervato dal nervo tibiale (L5-S2).

Partecipa all’estensione dell’anca. E’ soprattutto flessore e rotatore interno della gamba.

I muscoli ischiocrurali sono quindi sia estensori dell’anca che flessori del ginocchio; la loro azione sul ginocchio è, come già detto, in rapporto alla posizione dell’anca. Infatti più l’anca si flette, più i muscoli che vanno dall’ischio alla gamba subiscono un accorciamento relativo e più si tendono.

Quando l’anca è flessa a 40° l’accorciamento relativo può ancora essere compensato dalla flessione passiva del ginocchio; ma per una flessione di 90°, l’accorciamento relativo è tale che, anche se il ginocchio è flesso ad angolo retto, persiste ancora un accorciamento relativo importante. Se la flessione dell’anca supera i 90°, diviene molto difficile conservare le ginocchia in estensione completa: l’accorciamento relativo è soltanto assorbito dall’elasticità dei muscoli, che diminuisce notevolmente con la mancanza d’esercizio. La messa in tensione dei muscoli che vanno dall’ischio alla gamba con la flessione dell’anca accresce la loro efficacia come flessori del ginocchio.

Quando durante una scalata uno degli arti inferiori si porta in avanti, la flessione dell’anca favorisce la flessione del ginocchio. Inversamente, l’estensione del ginocchio favorisce l’azione di estensione dell’anca per i muscoli ischio-crurali: è ciò che avviene durante lo sforzo per raddrizzare il tronco partendo da una posizione di flessione anteriore; anche nella scalata quando l’arto inferiore, che era anteriore, diviene posteriore.

Se ora l’anca si porta in estensione completa, i muscoli ischio-crurali subiscono un allungamento relativo. Questo spiega come la flessione del ginocchio sia allora meno forte; questo sottolinea l’utilità dei muscoli monoarticolari (popliteo e capo breve del bicipite) che conservano la stessa efficacia qualunque sia la posizione dell’anca.

Il Muscolo gracile (o retto interno) occupa il lato mediale della coscia, è appiattito e nastriforme. Origina dalla faccia anteriore della branca ischiopubica, nei pressi della sinfisi, da qui si porta verticalmente per inserirsi nella parte superiore della faccia mediale della tibia. Il suo tendine d’inserzione concorre a formare la zampa d’oca assieme ai tendini dei muscoli sartorio e semitendinoso. Superficialmente è ricoperto dalla fascia femorale mentre, profondamente, corrisponde ai muscoli adduttori grande e lungo, al condilo mediale della tibia. E’innervato dal nervo otturatorio (L2-L4).

E’ un debole flessore dell’anca, adduttore dell’anca a ginocchio esteso e rotatore interno. E’ anche flessore del ginocchio.

Il Muscolo sartorio è posizionato più superficialmente e si presenta allungato e nastriforme che attraversa obliquamente la faccia anteriore della coscia, dall’alto in basso e dall’esterno all’interno. Origina dalla spina iliaca anteriore superiore e dalla parte più alta dell’incisura sottostante e, attraversata la faccia anteriore della coscia, giunge in basso, sul lato mediale del ginocchio, dove termina inserendosi all’estremità superiore della faccia mediale della tibia. L’inserzione avviene tramite un tendine slargato che è comune anche ai muscoli gracile e semitendinoso e prende il nome, come detto prima, di zampa d’oca. Il muscolo è contenuto in uno sdoppiamento della fascia femorale. La sua faccia anteriore è superficiale; con quella profonda esso incrocia il retto del femore e l’ileopsoas, oltre all’arteria femorale di cui il sartorio viene considerato il muscolo satellite.Incrociando il muscolo adduttore lungo, chiude in basso il triangolo femorale (detto di Scarpa). Prima di raggiungere la regione del ginocchio il sartorio ricopre il canale degli adduttori. E’innervato dal nervo femorale (L2-L3) attraverso il nervo muscolo-cutaneo esterno.

E’ il terzo flessore dell’anca, con la sua azione flette la gamba sulla coscia e la coscia sul bacino, abduce e ruota all’esterno la coscia.

Il muscolo popliteo è invece appiattito, posto sotto al plantare e ai gemelli. Origina, posteriormente, dalla faccia esterna del condilo laterale del femore e dalla corrispondente porzione della capsula articolare del ginocchio. Si inserisce sul labbro superiore della linea obliqua e sulla faccia posteriore della tibia, al di sopra di tale linea. E’in rapporto anteriormente con il condilo laterale del femore, con l’articolazione del ginocchio e con la parte alta della faccia posteriore della tibia; posteriormente gli si pongono i muscoli plantare e gastrocnemio, i vasi poplitei e il nervo tibiale. E’innervato dal nervo tibiale (L4-S1).

Con la sua azione partecipa alla flessione e alla rotazione interna del ginocchio. La sua azione flessoria in realtà risulta poco importante rispetto a quella rotatoria essendo il muscolo che, all’inizio della flessione del ginocchio, libera da un’eventuale rotazione esterna la gamba giovandosi dell’azione avvolgente delle sue fibre. In questa azione risulta essere elemento stabilizzante sul piano sagittale e traverso coadiuvando l’azione del legamento crociato posteriore con lo scopo di evitare lo slittamento in avanti dei condili femorali.  Il muscolo gastrocnemio (o mm. gemelli) è formato da due ventri muscolari, i gemelli della gamba. Di essi, il laterale origina dall’epicondilo laterale del femore, dal piano popliteo e dalla porzione posteriore della capsula articolare del ginocchio; il mediale invece si stacca dall’epicondilo mediale, dal piano popliteo e dalla corrispondente porzione della capsula  articolare del ginocchio. Si inserisce con un lungo tendine (detto calcaneare o di Achille), assieme al muscolo soleo alla tuberosità del calcagno. A livello del ginocchio, il margine mediale del gemello laterale e il margine laterale del gemello mediale sono separati da uno spazio angolare aperto in alto e rappresentano i limiti inferiori della fossa poplitea. Il gemello laterale è incrociato dal tendine del muscolo bicipite e dal nervo peroniero comune; il gemello mediale corrisponde ai muscoli semimembranoso e semitendinoso. Profondamente i due gemelli sono a contatto con la capsula articolare. Tra essi decorre il fascio vascolonervoso costituito dal nervo tibiale, dalla vena e dall’arteria poplitea. Più in basso i gemelli sono in rapporto superficialmente con la fascia crurale, con il sottocutaneo e quindi con la cute, profondamente con il muscolo soleo. E’innervato dal nervo ischiatico popliteo interno (o tibiale).

Nell’articolazione della caviglia, con il muscolo soleo, è un forte flessore plantare. A livello del ginocchio esplica una potente azione flessoria, soprattutto all’inizio, ossia, a ginocchio esteso. Possiede anche una funzione stabilizzante del ginocchio sulla tibia, in particolare nelle azioni sportive che richiedono ampi movimenti estensori come la corsa e i salti.

Biomeccanica del ginocchio

Il ginocchio è l’articolazione più complessa del corpo umano.

Le diverse funzioni comprendono la capacità di trasmettere le forze, di partecipare alla effettuazione del movimento, di fornire un sostegno meccanico ai muscoli e di conservare il momento angolare.

I movimenti principali del ginocchio sono la flessione e l’estensione; la gamba descrive un arco massimo di 150°. L’estensione è limitata dal detendersi dei legamenti collaterali, crociati e dal legamento popliteo, quando la gamba si trova sulla stessa verticale della coscia allora è completa (18,19). La flessione invece è limitata dall’incontro delle parti molli della gamba con quelle della coscia. Oltre ai movimenti in senso antero-posteriore, il ginocchio in semiflessione è in grado di compiere anche movimenti di lateralità e di rotazione intorno ad un asse che passa per il centro del condilo mediale della tibia; questi due tipi di movimenti possono compiersi durante la flessione grazie al rilasciamento dei legamenti collaterali e crociati.

Le articolazioni del ginocchio sono: la patellofemorale e la tibiofemorale. Il femore (in particolare i condili), la tibia (il piatto) e la rotula sono le componenti ossee che interagiscono nell’articola-zione.

L’articolazione patellofemorale fornisce un fulcro per potenziare del 25% il braccio di leva del muscolo quadricipite (spostando anteriormente il suo tendine) nell’estensione del ginocchio o per bloccarne la flessione. Attraverso la palpazione l’articolazione patellofemorale si muove liberamente, essendo limitata solamente dai suoi legamenti.

La rotula, grazie all’influenza della contrazione del muscolo quadricipite, scorre collegata direttamente alla gola intercondiloidea femorale.

La cartilagine ialina che riveste la rotula è la più spessa del corpo umano. Questo per le sollecitazioni funzionali a cui è sottoposta durante i movimenti come il salto, la corsa e il salire le scale che comportano un sovraccarico della sua superficie pari a circa 6 volte la forza peso corporea.

La superficie articolare femorale con la rotula si articola in due modi distinti: fino a 100° di flessione la rotula interagisce con la troclea femorale, oltre i 100° la rotula prende contatto con la porzione distale e posteriore del condilo femorale.

Dal punto di vista anatomico, la troclea femorale, detta anche gola, è concava sul piano traverso e convessa su quello sagittale; nel tratto più prossimale è poco infossata, più distalmente tende ad approfondirsi per formare la gola intercondiloidea femorale.

La porzione dei condili femorali che si articola con la rotula in massima flessione è separata dalla superficie articolare della tibia da due solchi: obliquo mediale e laterale.

La prominenza laterale della troclea femorale protende distalmente più in senso anteriore che in senso mediale. Questo aiuta ad impedire la sublussazione laterale della rotula, come avverrebbe per la presenza dell’angolo Q, e mantiene la rotula nella gola.

Nell’articolazione tibiofemorale il piatto tibiale mediale concavo incrementa la stabilità del ginocchio durante la compressione, quando la risultante delle forze compressive agisce per collocare il condilo femorale mediale nella concavità, mentre il piatto tibiale laterale convesso permette maggiore mobilità al compartimento laterale del ginocchio; inoltre il movimento del compartimento laterale del ginocchio è guidato dalle forze muscolari, dai tessuti molli e da momenti esterni, in secondo luogo anche dalle forze di contatto che si realizzano tra il condilo femorale e il piatto tibiale.

Questa mobilità del compartimento laterale diventa più pronunciata in seguito alla lesione dei tessuti molli, che stabilizzano il ginocchio durante la rotazione tibiale, come ad esempio il legamento crociato anteriore.

Così infatti un trauma distorsivo causa spesso un “pivot schift”, che rappresenta il movimento della tibia da una posizione di equilibrio all’altra.

Il movimento dell’articolazione del ginocchio tende a compiersi su tre piani del corpo (frontale, sagittale e traverso); anche se i movimenti fondamentali di flesso-estensione del ginocchio si realizzano sul piano sagittale intorno ad un asse traverso di rotazione.

Per descrivere in modo completo il movimento del ginocchio bisogna esaminare sei elementi: tre movimenti di traslazione lineare perpendicolari tra loro (si tratta di forze di compressione-distrazione, mediali-laterali e antero-posteriori) e tre di rotazione angolare (che comprendono la flesso-estensione, l’abduzione-adduzione e l’intrarotazione).

Il grado di flesso-estensione del ginocchio (lungo il piano sagittale) va da 0° a 140°.

Il movimento di intra-extrarotazione, lungo il piano traverso, dipende dalla posizione del ginocchio nel piano trasversale.

A 90° di flessione il movimento di extrarotazione è compreso tra 0° e 45°, mentre quello di intrarotazione da 0° a 30°.

Oltre i 90° la rotazione si riduce.

Durante l’estensione invece il grado di movimento si riduce in modo progressivo fino all’estensione completa quando il ginocchio è virtualmente bloccato.

Il movimento di abduzione-adduzione (nel piano frontale) è influenzato dalla posizione del ginocchio lungo il piano sagittale.

Nell’estensione completa i movimenti di abduzione e adduzione sono ridottissimi; invece aumentano fino ai 30° di flessione per poi ridursi progressivamente.

Le superfici articolari dei condili femorali presentano una lunghezza superiore a quella delle rispettive tibiali. Per questo motivo nella flesso-estensione del ginocchio, oltre a un movimento di rotolamento dei condili femorali sulla tibia, vi è un contemporaneo slittamento, per evitare la lussazione anteriore del femore durante la flessione e quella posteriore durante l’estensione. Grazie alla resistenza opposta dai legamenti crociati, tesi durante l’intero arco di movimento, la lussazione non si verifica. Questa caratteristica di rimanere in tensione viene definita “isometria” ed è dovuta alla struttura propria dei legamenti crociati: questi sono costituiti da fibre multiple, ognuna delle quali si comporta in maniera indipendente, ossia è in grado di tendersi o di allentarsi nei diversi gradi di flessione. Per cui, per ogni grado di flessione ci saranno delle fibre in tensione ed altre allentate, che assicurano comunque una tensione costante ai legamenti crociati in tutti i gradi della escursione articolare.

I legamenti crociati sono intracapsulari e si trovano in un piano verticale, tra i condili femorali. Sono dei corti e robusti cordoni che si incrociano ad X e ricevono la loro denominazione di anteriore e posteriore per il rapporto che contraggono con l’eminenza intercondiloidea della tibia.

Il legamento crociato anteriore parte dalla superficie tibiale del condilo esterno del femore e, portandosi in avanti obliquamente e in basso, raggiunge la fossetta sita davanti all’eminenza intercondiloidea della tibia.

La lunghezza minima è di 12-14 mm, la massima è di 28-39 mm. Il suo diametro medio al terzo superiore misura 7,9 mm; al terzo medio 7,7 mm; al terzo inferiore 8,3 mm.

Due fasci principali formano il legamento crociato anteriore: l’antero-mediale e il postero-laterale, che hanno un diverso orientamento nello spazio e sono in tensione rispettivamente nella posizione di flessione e di estensione del ginocchio.

Il legamento crociato posteriore, che ha un diametro maggiore di circa il 50% rispetto al crociato anteriore, si estende da una superficie posta dietro l’eminenza intercondiloidea alla faccia laterale del condilo mediale del femore. Svolge principalmente due funzioni: mantiene unite la corticale posteriore del femore e la corticale posteriore della tibia, intorno a cui si attua la motilità della tibia stessa, funzionando come cardine di una porta e evita lo scivolamento posteriore della tibia rispetto al femore.

I legamenti crociati svolgono due funzioni biomeccaniche interdipendenti: la prima consiste nella capacità di movimento di scivolamento tra la tibia e il femore, la seconda nel contribuire ad una corretta motilità articolare.

Essi hanno tre principali proprietà che aiutano a regolare i movimenti: la sede di origine e di inserzione, la lunghezza e la rigidità. Ciascun legamento è in grado di resistere solo a forze in distrazione lungo il proprio asse e da solo non è in grado di opporsi alle forze che agiscono in rotazione. Grazie all’azione coordinata di almeno due strutture legamentose avviene il controllo delle rotazioni. L’entità della lassità articolare e l’ampiezza del movimento sono notevolmente influenzate dalla lunghezza di ciascun movimento.

La stabilità del ginocchio è garantita da elementi passivi come le strutture capsulo-legamentose e da elementi attivi che ne assicurano la stabilità in appoggio monopodalico ed in flessione quali le strutture muscolari. All’interno del ginocchio esiste un bilancio di forze in grado di mantenerne la stabilità opponendosi allo scivolamento anteriore della tibia sul femore (cassetto anteriore). Il legamento crociato anteriore è l’elemento primario che controlla la stabilità del ginocchio. Svolgono la stessa funzione: la spinta dinamica dei bicipiti femorali, l’effetto di contenzione del corno posteriore dei menischi e la maggiore stabilità raggiunta dal ginocchio in flessione; infatti, questa condizione aumenta l’efficacia funzionale della forza di spinta bicipitale, oltre a rendere più convessa la superficie dei condili femorali con cui i menischi riescono a raffrontarsi in modo più congruente.

Invece, tra le forze che agiscono in senso destabilizzante ritroviamo la spinta diretta anteriormente dei muscoli quadricipiti, il momento di avanzamento dell’arto inferiore durante la sua estensione e la posizione del ginocchio esteso, che comporta una riduzione del vantaggio meccanico apportato dai bicipiti femorali. Infatti, in questa condizione appena descritta le superfici condiloidee femorali distali si mostrano parzialmente appiattite e ciò le rende meno congruenti nel reciproco contatto con i due menischi. Di conseguenza, se un trauma provoca una lesione del legamento crociato anteriore, migliorando il tono e la funzionalità dei bicipiti ed evitando brusche estensioni del ginocchio, si potrebbe ridurre gli effetti della sua assenza. Tutti questi accorgimenti sono utili per ridurre il cosiddetto “giving way” degli Autori americani, ossia il rischio che il ginocchio possa subire episodi di sub-lussazione anteriore. Le strutture capsulo-legamentose del pivot centrale e le strutture periferiche assicurano la stabilità passiva.

I legamenti crociati assicurano la stabilità antero-posteriore sul piano sagittale; mentre sul piano orizzontale la loro funzione varia in rapporto al senso di rotazione. In rotazione interna, l’avvitamento dei due crociati origina dalle forze di coaptazione articolare che limitano sia la rotazione che il varismo. In rotazione esterna invece i due crociati si srotolano e non hanno più un ruolo nella coaptazione delle superfici articolari, ma limitano solo molto tardivamente la rotazione esterna ed in questa fase sono particolarmente vulnerabili alle forze che agiscono in valgismo.

I legamenti crociati contribuiscono per l’80% circa nel limitare la traslazione in senso antero-posteriore della tibia. Il comportamento dei legamenti crociati durante il movimento di flessione del ginocchio può essere valutato partendo dalla posizione iniziale di estensione o di flessione modesta di 30° (20,21): in questa posizione entrambi i legamenti sono tesi, ma continuando con la flessione il legamento crociato anteriore diviene orizzontale mentre quello posteriore si raddrizza; inoltre la tensione delle fibre elementari di ciascun legamento cambia poco. Ma quando la flessione raggiunge i 90° fino a 120° l’L.C.P si mette in tensione più dell’L.C.A. le cui fibre medie ed inferiori sono detese mentre quelle antero-superiori sono in tensione. Al contrario, per l’L.C.P. le fibre postero-superiori sono poco detese mentre le fibre antero-superiori sono in tensione.

Durante l’estensione e l’iperestensione, invece, tutte le fibre dell’L.C.A. sono in tensione mentre nell’L.C.P. solo quelle postero-superiori sono tese. Quindi durante questo movimento il legamento crociato anteriore si oppone all’iperestensione del ginocchio, mentre l’L.C.P. si oppone alla traslazione della tibia, durante la flessione.

Grazie a determinati studi di microscopia, è stato possibile individuare la presenza di terminazioni nervose sia libere che corpuscolate nel contesto dell’L.C.A. prevalentemente distribuite a livello del terzo medio e dell’inserzione femorale; il legamento crociato anteriore dunque è sede di diverse informazioni propriocettive ed assume un ruolo sia statico ma soprattutto dinamico.

Forza muscolare

Da un punto di vista fisiologico la forza muscolare corrisponde alla capacità posseduta dal muscolo di sviluppare tensione utile al superamento o all’opposizione rispetto a resistenze esterne. La forza può anche definirsi come la possibilità di vincere un carico attraverso la contrazione muscolare. L’energia muscolare si trasforma, pertanto, in lavoro meccanico, (spostamento) e in calore che è dissipato. La forza, si può classificare come:

forza massima (o pura) che è la forza più elevata che il sistema neuromuscolare è in grado di sviluppare con una contrazione volontaria. Prevale il carico senza tener conto della velocità;

forza resistente (resistente alla forza): capacità dell’organismo di opporsi alla fatica durante prestazioni di forza e/0 durata. Carico e velocità mantengono valori medi e costanti rispetto ad un intervallo di tempo relativamente lungo. In questo caso, a parte l’intervento muscolare, è necessario l’appoggio organico e la funzione cardiocircolatoria e respiratoria;

forza rapida o veloce: è la capacità del sistema neuromuscolare di superare le resistenze con elevata rapidità di contrazione. Prevale l’elemento velocità con diminuzione del carico.

Forza Massima

L’obiettivo principale è lo sviluppo dei più alti livelli di forza nello sportivo. Decisivi per lo sviluppo della forza massima sono alcune componenti che dipendono dall’allenamento cometa sezione trasversale del muscolo (ipertrofia), la coordinazione intramuscolare, la coordinazione intermuscolare. Se si migliora lo spessore dei muscoli e la coordinazione delle fibre tra loro, si aumenta la forza massima ad un livello superiore. In particolare si parla di forza massima dinamica quando si riferisce al sollevamento di un carico massimale e di forza massima isometrica quando si riferisce alla massima forza espressa contro un carico statico.

Forza rapida

Si ha sempre, quando predomina l’accelerazione sul carico (dipende dalla velocità del movimento). Si divide in:

- forza esplosiva quando il sollevamento o lo spostamento veloce di un carico (anche del corpo) inizia da situazione di immobilità;

- forza esplosivo-elastica quando vi è azione pliometrica della muscolatura con movimenti articolari accentuati (es. salto in alto, balzi);

- forza esplosivo-elastico-riflessa (stiffness) quando vi è azione pliometrica con omenti articolari molto ridotti (es. corsa, saltelli)

La forza rapida viene migliorata quando si è capaci di applicare più forza alla stessa velocità, o quanta più velocità si raggiunge davanti ad una stessa resistenza. La forza rapida s’identifica con la forza esplosiva; la forza esplosiva si manifesta davanti a qualsiasi resistenza. Si producono miglioramenti quando si arriva ad applicar più forza in meno tempo davanti alla stessa resistenza. Non va confusa tuttavia la forza esplosiva o rapida con la velocità del movimento. La forza esplosiva può essere massima davanti a qualsiasi carico e ad ogni velocità. La manifestazione della forza esplosiva è minore con carichi leggeri rispetto ai pesanti. Nei movimenti veloci, con carichi leggeri, non si manifesta la massima forza esplosiva.

Forza resistente

Per sviluppare la forza resistente carico e velocità devono mantenere valori medio-bassi (40-60% del massimo) durante un tempo relativamente lungo. Bisogna compiere almeno 4-6 serie per ogni gruppo muscolare interessato applicandosi fino al limite dell’esaurimento, ossia sino al massimo delle ripetizioni possibili per ogni serie. Il recupero tra ogni serie deve essere intorno a uno-due minuti. I tempi di lavoro per ogni serie vanno abitualmente da 15 a 20 secondi per prove corte e da 25-40 secondi per quelle prolungate, ovviamente con il carico adeguato. Questo va, di fatto, dal 50-60% approssimativamente del massimo per la forza resistenza (forma specifica della capacità di forza) e dal 30-50% approssimativamente del massimo per la resistenza alla forza (forma specifica della capacità di resistenza). Introducendo brevi periodi di recupero tra le serie (45-90 secondi) si crea una maggiore resistenza all’acido lattico che, d’altra parte, già è presente anche con periodi di  recupero maggiori. La forza resistente è applicabile, quindi, nel lavoro utile per la resistenza lattacida. Conviene tener presente che uno sforzo prolungato e monolaterale di forza resistente, capacità che compromette in grado discreto le fibre muscolari lente, può diminuire il rendimento della forza rapida esplosiva dovuto al fatto che le modificazioni insorte nelle fibre lente e il tempo di contrazione più prolungato che nelle rapide possono agire come “rallentatori” del movimento.

Il potenziale della forza, il suo sviluppo e manifestazione dipendono da una serie di fattori:

- il diametro traverso dei muscoli (2-3 kg per cm di area traversa)

- il numero di fibre rapide

- la capacità di reclutamento delle unità motorie

- la coordinazione muscolare intesa come la capacità di far lavorare in sinergia i muscoli antagonisti e quelli agonisti al movimento

- la lunghezza iniziale del muscolo

- il numero d’unità motorie reclutate (in particolare si attivano per prime le unità motorie più piccole)

La maggiore o minore produzione di tensione muscolare dipende:

- dal regime di contrazione muscolare

- dalla velocità ad accelerazione della contrazione

- dalla grandezza del carico

- dalle condizioni precedenti alla contrazione.

Fisiologia della forza muscolare

La forza che una persona è capace di manifestare dipende da vari fattori:

- Leve: il corpo umano forma un numero elevato di leve le quali permettono di sviluppare lavoro muscolare a diversi livelli. La leva consta di un braccio di resistenza e uno di potenza, si può determinare che quanto più lontano si applica la resistenza, tanto maggiore sarà lo sviluppo della forza. Al contrario, quanto maggiore sarà il braccio della forza, minore sarà la necessità di applicare forza tanto per mantenere che per spostare un’opposizione.

- Massa muscolare: c’è una stretta correlazione tra la massa corporale e la capacità di alzare pesi

- Sesso ed età: tra i bambini in sostanza non esistono differenze di forza muscolare. Maschi e femmine che siano, non aumentano la forza muscolare con l’allenamento. L’aumento della secrezione ormonale, che inizia approssimativamente ai 12-13 anni(con maggiore produzione d’androgeni nei maschi), determina un incremento della forza nei maschi. Intorno ai 18-20 anni si ha una differenza media di forza del 35-40% a vantaggio  dei ragazzi e si esaurisce il naturale incremento della stessa. A partire dai 50 anni la forza inizia a diminuire, a causa di una perdita fino al 60% dei valori della grandezza iniziale, con diminuzione dei motoneuroni e delle fibre rapide. Le differenze fra uomini e donne seguono un criterio quantitativo più che qualitativo; ciò che li differenzia, infatti, è una maggiore quantità di fibre nel caso degli uomini. Le donne hanno una minore massa muscolare da ” ipertrofizzare” rispetto agli uomini.

- Tipo di fibre: la massa muscolare forte presenta anche elevata velocità di contrazione. Inoltre le fibre che sviluppano più forza sono quelle dal diametro traverso maggiore.

- Motivazione emozionale: gli studi realizzati in questo campo hanno potuto dimostrare che la massima forza muscolare volontaria si può esprimere o manifestare solamente fino ad un 60-70% della capacità massima. Infatti, diversi fattori emozionali, come la responsabilità di fronte ad una situazione stressante, paura, disperazione, possono elevare i livelli fino ad un grado insospettabile per la persona coinvolta. Questo sembra rispondere a fattori funzionali, come affermare che la motivazione produce il reclutamento di fibre muscolari che in situazioni normali non sono stimolate.

Tipi di esercizio muscolare

Esercizio isometrico

In questo tipo di contrazione la lunghezza muscolare rimane costante, non produce movimento (quindi manca il lavoro meccanico) e la forza resistente è uguale a quella applicata. Il tipo di forza generata da questa contrazione è una forza statica, che ha i suoi principi d’allenamento (isometria) che si basano nello sviluppo della forza massima. La forza isometrica sviluppa la massa e determina ipertrofia, cioè aumento della massa muscolare. Si parla di ipotrofia quando si ha una diminuzione della massa muscolare che può già avvenire dopo 15 giorni di inattività muscolare.  Dopo 45 giorni di inattività il muscolo ha già perso il 45% della sua massa. Gli esercizi isometrici sono utili per evitare l’ipotrofia in un periodo di immobilizzazione. Un’immobilizzazione completa fa perdere un 5% giornaliero di forza. Questi esercizi sono inoltre utili per mantenere l’attività neuromuscolare (tiene il muscolo attivo e questo può guadagnare forza), per mantenere il nutrimento della cartilagine, per evitare la formazione di aderenze nelle guaine e borse sierose (presso l’inserzione dei tendini), per favorire il riassorbimento di un versamento articolare. Infine, gli esercizi isometrici, servono a mobilizzare gli elementi contrattili del muscolo, hanno la tendenza a stabilizzare e per questo si lavorerà più con i muscoli tonici perché hanno un’attività più continua e con meno movimenti. I muscoli tonici fissano dei segmenti durante il movimento; alcuni esempi di muscoli tonici sono: nel braccio il tricipite brachiale, nella gamba il tricipite della sura e il soleo, nella pelvi il muscolo ileo-psoas. L’esecuzione di un esercizio isometrico può avvenire chiedendo al paziente di mantenere un’estensione in una posizione sopportando il peso (gravità), o con la stessa resistenza che è in grado di esercitare (mano contro mano). Alcuni inconvenienti comprendono che non si può mantenere la mobilità di un’articolazione in quanto non producono rotazione né scivolamento; non avendosi movimento non si danno stimoli ai recettori articolari; sono più difficili da capire da parte del paziente essendo contrazioni senza movimento. Intensità inferiori al 10% della FIM (Forza Isometrica Massima) possono essere mantenute per molto tempo (minuti, ore), al 90% della FIM il tempo di stanchezza oscilla tra 5″ e 10″. Gli esercizi isometrici si classificano secondo l’intensità in tre gruppi:

1)Contrazioni isometriche d’intensità inferiore (CIII). Questo tipo di contrazioni utilizza intensità fino al 20% della FIM e non complica la circolazione sanguigna nel muscolo, per questo il soggetto può mantenere questa per un tempo abbastanza lungo dato che l’energia per mantenere la tensione muscolare proviene da processi aerobi; la frequenza cardiaca e la pressione arteriosa si mantengono simili ai valori di riposo; l’attività elettrica integrata (IEMG) dei muscoli che intervengono nelle CIII aumenta col passare del tempo, questo è dovuto al reclutamento di nuove fibre muscolari.

2) Contrazioni isometriche d’intensità media (CIIM). Quando l’intensità sale a più del 25% della FIM arrivando sino al 60%, il sistema circolatorio è condizionato parzialmente, pertanto si osserva un aumento della frequenza cardiaca e della pressione arteriosa; le analisi dimostrano una diminuzione delle riserve di fosfocreatina (PC) ed elevate concentrazioni d’acido lattico abbassano il Ph fino a 6,4-6,5. La propagazione del potenziale d’azione avrà come risultato un aumento dello IEMG. Utilizzando CIIM si produce una diminuzione della velocità di conduzione del motoneurone diminuendo di valori intorno al 30% rispetto al riposo.

3) Contrazioni isometriche d’intensità limite (CIIL). Ad intensità superiori al 60% della FIM, si può sopportare la contrazione per massimo 5″-10″, dovuto al fatto che l’energia deriva esclusivamente dall’idrolisi dell’ATP e della PC diminuendo la concentrazione di ATP del 30% e della PC del 60-70% rispetto ai valori basali; L’ATP è prodotto in anaerobiosi e la sua produzione rimane bassa.

Miglioramento della forza con esercizi isometrici

Hettinger nel 1961(69) ha pubblicato uno dei primi studi sugli effetti positivi dell’attività muscolare; secondo questo autore per ottenere migliori risultati si dovrebbero effettuare serie di esercizi ad una contrazione massimale o vicino a questa, per una durata di 3-10 secondi. Nell’allenamento isometrico i miglioramenti della forza sono ottenuti maggiormente nella posizione alla quale la contrazione è stata esercitata.

Incremento della forza, infatti, avviene soprattutto al livello angolare prescelto dei segmenti corporei. E’ opportuno quindi selezionare ed agire, per ogni esercizio, su almeno tre posizioni angolari, una più chiusa, un’intermedia ed una più aperta. E’ consigliabile usare gli esercizi isometrici per brevi periodi, come metodo ausiliario di sviluppo della forza in posizioni particolarmente “critiche” e caratteristiche di alcuni gesti sportivi, soprattutto con tensioni elevate utili allo sviluppo della forza massima. Il pregio dell’allenamento isometrico è senza dubbio quello di poter eseguire un’ampia gamma di esercizi, anche localizzati e non richiede un’attrezzatura particolare. Inoltre consente il dosaggio nel carico desiderato in tutte le posizioni angolari dei segmenti corporei. Tuttavia sembra che affatichi il sistema nervoso centrale e usato per lunghi periodi può perturbare la coordinazione motoria e l’estensibilità muscolare.

Esercizio isotonico

In questo tipo di contrazione vi è modificazione della lunghezza e si produce movimento. Può essere concentrico o eccentrico. Nell’esercizio isotonico si ha esercizio dinamico con variazione di lunghezza del muscolo e spostamento di un peso o di una resistenza costante, evento relativamente teorico, poiché la resistenza varia nell’arco di movimento.

Nella contrazione concentrica le inserzioni tendinee estreme del muscolo si avvicinano ed il carico viene spostato o sollevato; nella contrazione eccentrica avviene l’opposto: le inserzioni tendinee estreme del muscolo si allontanano durante la contrazione, il muscolo cerca di opporsi al carico e gli cede lentamente.

Si ha un’azione “pliometrica”, quando, ad una veloce azione eccentrica segue una rapidissima azione concentrica (inversione di movimento). Questo permette di utilizzare un’altra percentuale di forza espressa dalla parte elastica dei muscoli (es. salti e lanci). Ci sono diversi vantaggi con le contrazioni isotoniche. Innanzitutto c’è un movimento articolare, con il quale si ha rotazione e scivolamento articolare; si verifica anche uno stiramento della capsula e dei legamenti che può far aumentare l’arco di movimento. Durante i cambiamenti di posizione si danno informazioni ai recettori, pertanto si informa il sistema nervoso centrale sul proprio schema corporeo e spaziale. Per il paziente è più facile la comprensione di un esercizio con movimento. Si utilizzano esercizi concentrici o eccentrici in base alla fase di riabilitazione ed allo stato del paziente.

L’attività muscolare isotonica si espleta nel sollevare pesi liberi, così come nella maggior parte delle attività motorie giornaliere. Per esempio se ci alziamo da una sedia ed abbiamo bisogno di abbassarci per afferrare un oggetto: afferrando l’oggetto estendiamo l’arto alla sua massimo, e poi sollevandolo il gomito si flette. Questa attività è un esercizio isotonico: il peso non cambia nell’arco di movimento. Negli esercizi isotonici la massima forza è ottenuta nel mezzo dell’angolo dell’azione. Poi ci sono altri punti dell’azione in cui la forza varia. Come abbiamo detto i muscoli possono contrarsi eccentricamente o concentricamente. Studi hanno dimostrato come la fase eccentrica della contrazione sia causa della fatica post-esercizio, tuttavia le contrazioni eccentriche hanno grandi effetti sullo sviluppo della forza. La contrazione concentrica è presente quando un arto si muove attraverso una serie di movimenti con un movimento a resistenza applicata. La fase concentrica del sollevamento di un peso si svolge con accorciamento del muscolo durante il movimento. Questa azione muscolare è parte della produzione di forza di ogni movimento umano. Gli unici esercizi che non includono attività muscolare concentrica sono quelli designati specificatamente per mettere alla prova il muscolo in maniera eccentrica.

Gli esercizi pliometrici riproducono molti aspetti dell’attività fisica. Ogni attività fisica incorpora un ciclo accorciamento-allungamento; gli esercizi pliometrici sono molto utilizzati nei programmi di allenamento. Essi possono esser usati come parte di un programma di riabilitazione o come programma d’esercizio per lo sviluppo di particolari prestazioni sportive. I principi basilari delle contrazioni pliometriche sono stati introdotti da due fisioterapisti, Knott e Voss. Essi pensarono che se un muscolo fosse allungato all’inizio della contrazione, la contrazione stessa risultava poi più grande. Utilizzarono questa tecnica per aiutare i pazienti a migliorare l’attività motoria. L’allungamento preliminare di un’unità contrattile (muscolo tendine) produce una contrazione muscolare più grande di quella che si avrebbe partendo dalla lunghezza di riposo.

Confronto tra esercizi isometrici ed isotonici

In letteratura vi sono numerosi studi che prendono in esame gli esercizi isometrici ed isotonici. In uno studio eseguito da Nicolas Babault (70) dell’Università di Boubogne, Dijon Cedex e pubblicato nel 2001 è stata esaminata l’attivazione del quadricipite femorale durante contrazioni isotoniche eccentriche e concentriche e durante contrazioni isometriche. Otto soggetti di sesso maschile sono stati studiati valutando il livello di attivazione massimale a sub massimale del quadricipite femorale durante esercizi di estensione del ginocchio ed isotonici. La forza sviluppata è stata misurata ad un angolo costante di 50° sia durante gli esercizi isometrici che isotonici, in quest’ultimo caso ad una velocità angolare di 20° il secondo. Attraverso singoli stimoli elettrici applicati per via per cutanea al nervo femorale è stata raggiunta la massima intensità di stimolazione, aumentando progressivamente l’intensità di stimolazione fino alla massima forza di contrazione, sia partendo dalla condizione di riposo che durante la contrazione volontaria. In questo modo si è ricavato il livello di attivazione (AL) volontaria. Dallo studio si è visto che i livelli di attivazione volontaria durante le contrazioni concentriche ed eccentriche massimali erano inferiori rispetto a quelli delle contrazioni massimali isometriche. E’ documentato che il momento di forza (Torque), prodotto dai muscoli durante le contrazioni concentriche massimali, è più basso rispetto a quello prodotto in isometria, mentre nelle contrazioni eccentriche la forza può essere uguale o più grande. Usando stimolazioni tetaniche imposte sopra la contrazione volontaria massimale, è stato visto che, nella contrazione volontaria, il livello di attivazione muscolare raggiunge un livello inferiore rispetto a quello possibile. Inoltre la forza volontaria massimale concentrica, misurata ad una posizione angolare costante di 50°, era significativamente più piccola rispetto a quella isometrica ed eccentrica, invece poche erano le differenze fra i valori della forza volontaria massimale eccentrica ed isometrica. I valori evocati a riposo come contrazioni involontarie mostravano poche differenze fra i tre tipi d’esercizio. Per quanto riguardava i livelli di attivazione, durante le contrazioni eccentriche e concentriche massimali, i valori risultavano inferiori rispetto alle contrazioni isometriche, mentre non si sono rilevate differenze tra i valori studiati in entrambi i tipi di esercizi dinamici. Questo studio ha concluso che ogni soggetto può attivare i muscoli in condizioni isometriche fino a valori massimali o molto vicini a questi. Mentre, i valori d’attivazione più bassi incontrati nelle contrazioni eccentriche e concentriche sarebbero da ricondurre a duna ridotta trasmissione neurale. Essi dipendono principalmente dal tipo di esercizio muscolare svolto. Un’inibizione della trasmissione neurale (incompleta attivazione delle unità motorie) sembra essere attiva per limitare i livelli di tensione prodotta durante gli sforzi volontari eccentrici e concentrici massimali. All’origine dell’inibizione dell’attivazione sembra esserci una bassa eccitabilità degli alfa-motoneuroni indotta da un aumentato circuito inibitorio formato da recettori giunzionali dell’apparato di Golgi, terminazioni nervose libere dei muscoli e recettori cutanei giunzionali. Questo avviene al fine di preservare l’integrità muscolo-scheletrica. Questo meccanismo di limitazione della tensione è dipendente più dal tipo di esercizio svolto che dal livello di contrazione. Infatti, è più efficace nelle contrazioni isotoniche rispetto a quelle isometriche, visto che in isometria si sviluppa un livello di’attivazione muscolare più alta. Infine le differenze nello sviluppo della forza tra i due tipi di contrazioni dinamiche sembrano essere dovute ad un maggior coinvolgimento dei muscoli antagonisti nelle contrazioni concentriche, i quali si oppongono all’azione degli agonisti. I livelli di attivazione muscolare variano in base al tipo di esercizio muscolare eseguito.

J.G.M. Beltman (25) e collaboratori, della Vrije Universiteit, Amsterdam nel 2004 hanno studiato i livelli di attivazione volontaria ed il reclutamento delle fibre muscolari del quadricipite femorale, durante contrazioni eccentriche, concentriche e di isometriche, usando stimoli elettrici sul nervo femorale applicati durante sforzi massimali. Per valutare il reclutamento dei diversi tipi di fibre, si è usato calcolare il rapporto fosfocreatina-creatina (Pcr/Cr) su singole fibre ottenuto da prelievi mediante ago biopsia a riposo e immediatamente dopo una serie di contrazioni isometriche, isotoniche eccentriche e concentriche. Tale rapidi risultati sono un indice molto affidabile dell’attivazione delle fibre dopo brevi esercizi. Il momento di forza è risultato essere più grande nelle contrazioni eccentriche rispetto alle contrazioni concentriche, ma non c’erano differenze con le contrazioni isometriche. La forza negli esercizi isometrici è risultata più grande che negli esercizi concentrici. I livelli di attivazione volontaria durante le contrazioni eccentriche massimali erano più bassi rispetto alle isometriche ed alle concentriche. Usando l’EMG si è visto che durante le contrazioni eccentriche massimali, i livelli erano più bassi rispetto alle contrazioni concentriche, anche se la forza prodotta era maggiore. Questi risultati dimostrano un grado di conduzione neurale inferire nelle contrazioni eccentriche. La ridotta conduzione neurale, nell’allenamento eccentrico, sembra necessaria per limitare la forza volontaria massimale. Da ciò risulta anche un numero di fibre reclutate inferiore, come conseguenza dell’inibizione. Dal rapporto Pcr/Cr di singoli frammenti di diverse fibre, è emersa una diminuzione in tutti i tipi di fibre dopo 10 brevi contrazioni, e non si è evidenziata un’attivazione selettiva di fibre tipo 2 nelle contrazioni eccentriche. Si può affermare, quindi, che la forza sviluppata nelle contrazioni eccentriche è maggiore che in quelle concentriche anche se l’attivazione di fibre muscolari è inferiore. Inoltre la ridotta attivazione coinvolge tutti i tipi di fibre e non si ha un reclutamento preferenziale di fibre tipo 2 (fibre rapide). Sembra che i livelli elttromiografici più alti nelle contrazioni eccentriche, rispetto alle contrazioni concentriche ad intensità sub-massimali, sono dovuti all’attivazione di più unità motorie rapide. Infatti, per contrazioni al 25-50-75% rispetto alla massima contrazione volontaria il tracciato elettromiografico mostra valori più alti negli esercizi eccentrici rispetto a quelli concentrici.

La soglia di reclutamento può essere più bassa nelle contrazioni isotoniche rispetto a quelle isometriche. Il reclutamento d’unità motorie rapide può avvenire ad alti livelli di forza nelle contrazioni isometriche e concentriche così come nelle eccentriche, nelle quali, i livelli più alti di forza sono ottenuti incrementando la frequenza di scarica delle unità attivate.

Nelle contrazioni isometriche massimali del bicipite femorale l’attivazione muscolare cambia a seconda dell’esercizio che viene richiesto nonostante il muscolo si contragga sempre partendo dalla stessa lunghezza e modifichi abbastanza poco la sua lunghezza durante l’esecuzione degli esercizi. Alcuni studi evidenziano come la lunghezza muscolare possa modificare l’attivazione massimale: l’attivazione diminuirebbe con l’aumento della lunghezza e viceversa. Altri Autori sottolineano come, durante il movimento, variando la distanza tra la sorgente del segnale elettromiografico e la posizione degli elettrodi si può modificare l’intensità dell’acquisizione dello stesso segnale elettromiografico. S’ipotizza che la massimalità di attivazione muscolare è possibile solo per gesti molto conosciuti, come la flessione del ginocchio dalla posizione prona e non l’estensione di anca, specialmente se eseguita in posizione supina. Questa ipotesi suggerisce di allenare i soggetti al gesto che viene richiesto prima di acquisire l’attivazione muscolare massimale. Gli effetti degli esercizi isometrici a diverse angolazioni del ginocchio sono stati studiati per valutare l’effetto sul complesso muscolo-tendineo.

Un lavoro è stato eseguito da K. Kubo del dipartimento di Scienze dello Sport dell’Università di Tokio, 2004. Il proposito dello studio era quello di valutare l’influenza dell’allenamento isometrico sulle dimensioni dei muscoli della coscia e sul complesso miotendineo del ginocchio. Si sono studiate le variazioni coinvolte nella specificità angolare, dopo esercizi isometrici, dal punto di vista dell’adattamento neuromuscolare e delle proprietà del complesso muscolo-tendineo. Otto maschi hanno completato un programma d’allenamento di 12 settimane d’estensione unilaterale isometrica del ginocchio a 50° (lunghezza del muscolo minore, ST) e a 100° (lunghezza del muscolo maggiore, LT). Prima e dopo l’allenamento, la forza isometrica ed il volume del muscolo sono stati misurati ad otto angolazioni. L’allungamento del tendine del ginocchio è stato misurato con ultrasonografia. Non sono state riscontate significative differenze nell’aumento del volume muscolare nei due modi d’allenamento. Anche l’EMG integrata dei tre muscoli della coscia non ha rivelato differenze nei due modi d’allenamento. La rigidità del tendine è aumentata significativamente invece con esercizi a 100° rispetto a quelli a 50°. Inoltre, si sono ottenuti aumenti nella contrazione massima volontaria (MVC) a tutte le angolazioni del ginocchio con gli esercizi LT, mentre aumenti della MVC con gli esercizi ST sono stai visti solo vicino all’angolo di allenamento. Poiché lo stress meccanico è maggiore a 100° rispetto a 50°, si pensa che solo questo (inteso come forza interna imposta sul complesso miotendineo) possa contribuire alle variazioni dell’elasticità tendinea e quindi portare ad un indurimento tendineo con esercizi a maggiore stress. D’altra parte, invece, lo stress meccanico e metabolico correla con il grado di’ipertrofia muscolare. E’ noto che levati stress meccanici imposti al muscolo possono stimolare cambiamenti nell’attività neuromotoria, nelle richieste metaboliche e nell’attività endocrina. Cambiamenti nella conduzione neurale consistono in aumenti del reclutamento d’unità motorie, aumenti nella frequenza di scarica e diminuzioni dell’inibizione muscolare. Si pensa quindi che anche l’adattamento neurale è correlato all’angolazione specifica (maggiori cambiamenti a maggiore stress). In conclusione si può affermare che solo lo stress meccanico contribuisce all’adattamento delle strutture tendinee. Gli aumenti di forza ottenuti con gli esercizi isometrici specifici all’angolazione alla quale sono eseguiti: esercizi a lunghezza del muscolo minore (ST) portano ad aumenti della forza solo alle angolazioni vivine a quelle di allenamento. Con esercizi a lunghezza del muscolo maggiore si ottiene invece un miglioramento della forza in tutti gli angoli di movimento. Ciò è dovuto ad un maggiore stimolo indotto da un maggiore stress meccanico.

Le normali attività giornaliere o quelle atletiche richiedono l’uso di contrazioni isometriche. Il sollevamento pesi ed altre attività ad alta resistenza, sono utilizzate dagli atleti per aumentare la forza massima muscolare. Gli esercizi isometrici aumentano significativamente la pressione sanguigna, il ritmo ed il rendimento cardiaco, e la contrattilità miocardia. Questi cambiamenti avvengono come risposta ad una stimolazione centrale chiamata “comando centrale” che origina da un riflesso generato dalla contrazione statica. La pressione sanguigna è regolata in modo da favorire l’afflusso di sangue ai muscoli che essendo contratti ne ostacolano l’ingresso. Questo tipo di esercizi è caratterizzato da un carico di pressione al cuore, differentemente dagli esercizi dagli esercizi isotonici nei quali si ha un carico di volume. L’allenamento con esercizi isometrici porta quindi ad un’ipertrofia di tipo concentrico (particolarmente nel ventricolo sinistro), mentre l’allenamento isotonico porta ad un’ipertrofia di tipo eccentrico. L’ipertrofia cardiaca, però, inferiore con gli esercizi isometrici rispetto agli isotonici. La funzione sistolica e quella diastolica non sono alterate dal processo ipertrofico legato agli esercizi isometrici. Gran parte dell’energia richiesta durante gli esercizi statici, è fornita dalla glicolisi anaerobia, perché il muscolo contratto ostacola l’afflusso di sangue. Con l’allenamento isometrico si ottengono anche adattamenti cardiovascolari periferici: sebbene i risultati siano controversi, questi adattamenti includono una riduzione della pressione a riposo, riduzione dell’attività simpatica, aumento dell’indice di vascolarizzazione di fibra, possibili miglioramenti nei profili lipidici e lipoproteici ed infine una maggiore responsività insulinica. Alcuni di questi adattamenti si possono ottenere nei pazienti ipertesi e cardiopatici senza ulteriori complicanze cardiovascolari. Sia nei soggetti sani che nei cardiopatici gli adattamenti dipendono dal modo in cui sono svolti gli esercizi. Allenamenti svolti con ripetizioni frequenti di piccoli pesi sembrano produrre i maggiori benefici.

Riabilitazione dopo intervento di ricostruzione del Legamento Crociato Anteriore

La riabilitazione dopo ricostruzione del LCA ha visto negli anni una progressiva evoluzione: nel 1980 si era soliti immobilizzare il ginocchio per sei o più settimane con tutti gli effetti deleteri che l’immobilizzazione comporta, successivamente si è abbandonata l’immobilizzazione prolungata a favore di una precoce mobilizzazione mediante l’utilizzo di un tutore articolato; altri passi in avanti sono stati fatti sulla scelta della concessione del carico fino ad arrivare a programmi riabilitativi particolarmente aggressivi e veloci negli atleti (26,1).

Attualmente la Riabilitazione non segue più dei criteri prettamente temporali ma piuttosto basata su obiettivi (4) che una volta raggiunti permettono di avanzare con sicurezza nel programma riabilitativo fino a riportare il soggetto ad un livello di attività lavorativa / sportiva il più simile possibile a quello pre-lesione.

Obiettivi della riabilitazione sono quelli di permettere un recupero completo dell’articolarità del ginocchio, della forza muscolare e del controllo neuromuscolare (1,4).

Ovviamente questi obiettivi sono individualizzati e tengono conto del tipo di trattamento chirurgico, del morfotipo, della compliance del paziente e delle eventuali comorbilità.

Nella fase precoce, gli interventi mirano a risolvere l’edema derivante dall’atto chirurgico, avvalendosi della crioterapia e di una precoce mobilizzazione articolare. In caso di lesioni meniscali e ricostruzioni legamentose con legamento sintetico, la flessione-estensione del ginocchio comincia poche ore dopo l’intervento artroscopico, invece nelle ricostruzioni legamentose biologiche inizia dopo una settimana, proprio per proteggere il trapianto tendineo. Il recupero della completa particolarità avviene in maniera graduale e richiede la massima collaborazione da parte del paziente.

Il carico dell’arto, inizialmente, è controllato per proteggere il ginocchio ed è variabile da una situazione di fuori carico, come nel caso di ricostruzioni legamentose con lesioni condrali o suture meniscali associate, ad una situazione di carico parziale, come nelle ricostruzioni legamentose senza lesioni associate. Il carico viene comunque concesso il più precocemente possibile sempre nel rispetto dei tempi biologici di guarigione dei tessuti, per ridurre al minimo l’ipotrofia muscolare e per il ritorno ad un normale pattern del passo.

Il recupero del tono e del trofismo muscolare procede per gradi, con contrazioni isometriche nell’immediato post-operatorio, fino ad esercizi isotonici in concentrica ed eccentrica e ad esercizi a catena cinetica chiusa ed aperta, nelle settimane successive. Già poche ore dopo l’intervento il paziente inizia ad eseguire delle contrazioni isometriche con il ginocchio in completa estensione, dopo circa un mese vengono aggiunti dei pesi alla caviglia con incremento graduale del carico, fino ad arrivare a circa 5 kg. L’esercizio isometrico nelle fasi iniziali permette un rinforzo muscolare e, al tempo stesso, non sollecita eccessivamente l’articolazione, quindi risulta particolarmente indicato alle esigenze dell’immediato post-operatorio, in quanto non prevede movimento articolare.

Dopo circa 3 settimane si introducono esercizi in acqua ed il nuoto che contribuiscono anch’essi al recupero della forza muscolare di tutto l’arto inferiore.

Dalla fine del primo mese si eseguono esercizi a catena cinetica chiusa in un angolo articolare tra 0° e 30° in appoggio bipodalico e successivamente monopodalico. Questa è già una fase più avanzata del recupero della forza, senza che si sia ancora sollecitato il neo-legamento.

Tra il secondo ed il terzo mese, il recupero muscolare si ottiene anche con esercizi in catena cinetica aperta con leg extension, utilizzando angoli “sicuri” tra i 90° ed i 45°, in modo che non venga stressato il neo-LCA e le resistenze siano adeguate. Anche gli esercizi con leg press rientrano in questa fase di recupero della forza muscolare, in questo caso vengono eseguiti evitando la completa estensione, cioè gli ultimi 5° e con graduale aumento delle resistenze.

E’ proprio la biomeccanica dell’esercizio che ci permette di scegliere, da caso a caso, il miglior programma ginnico da eseguire in un determinato momento del percorso riabilitativo.

Numerosi lavori in letteratura dimostrano l’efficacia dell’elettrostimolazione come supporto alla contrazione muscolare volontaria, infatti, la stimolazione muscolare recluta un maggior numero di unità motorie rispetto alla contrazione volontaria.

Di fondamentale importanza sono le valutazioni funzionali biomeccaniche nel percorso riabilitativo, oltre che nel planning pre-intervento, in quanto forniscono dati oggettivi sulla forza muscolare, sull’attivazione muscolare dei muscoli e sul controllo neuromuscolare.

Queste informazioni sono molto utili per comprendere lo stato della riabilitazione e in seguito la ripresa sia delle attività quotidiane che di quelle sportive.

Il recupero di un buon controllo propriocettivo è un altro degli obiettivi riabilitativi, si avvale di tavolette instabili e di esercizi di facilitazione neuromuscolare propriocettiva. Numerosi studi, tra cui quelli condotti dal prof. G. Cerulli e dal suo gruppo, hanno dimostrato l’efficacia del training propriocettivo. Dopo il terzo mese inizia la graduale ripresa della corsa, prima leggera ed in linea retta e successivamente con cambi di direzione.

Negli sportivi, l’ultima fase prevede il ricondizionamento alla gestualità specifica e l’esecuzione di movimenti alternati in accorciamento -allungamento delle masse muscolari, esercizi pliometrici, e l’ulteriore potenziamento muscolare isotonico di tutto l’arto inferiore.

Quali muscoli rafforzare dopo ricostruzione del LCA?

La fase del rafforzamento muscolare rappresenta un momento critico soprattutto perché un deficit della forza muscolare può inficiare l’esito dell’intero intervento (27,28,29). Una delle principali sfida del riabilitatore è vincere la debolezza muscolare che rappresenta quindi la chiave per poter avanzare nel programma riabilitativo (5,30). Molti pazienti, infatti, dopo la riabilitazione riferiscono ancora una debolezza muscolare soprattutto a carico del muscolo quadricipite (32,6,33).

Anche se tutta la muscolatura dell’arto inferiore deve essere inclusa nel programma riabilitativo, tuttavia un ruolo di primo attore viene giocato dal quadricipite che risulta sempre più debole rispetto gli ischiocrurali. In particolare, la maggiore debolezza dei muscoli del compartimento anteriore e posteriore della coscia dipende anche dal tipo di trapianto che si è utilizzato: vi è una maggiore perdita di forza a carico del quadricipite in caso di utilizzo del tendine rotuleo mentre risultano più deboli gli ischiocrurali quando si utilizzano i tendini del muscolo gracile e semitendinoso.

Vari studi hanno dimostrato come una debolezza del quadricipite permane per circa due anni dopo l’intervento (6); la forza ed il trofismo di questo muscolo rappresentano inoltre anche un parametro di soddisfazione per il paziente stesso (55). Il quadricipite si comporta come un potente stabilizzatore attivo del ginocchio tanto che come ben evidenziato da M. D. Lewek (2), soggetti che per vari motivi dopo una lesione del LCA scelgano di non sottoporsi ad intervento chirurgico alcuni di essi possono ritornare ad un livello di attività pre-lesione senza che si verifichino episodi di cedimento articolare grazie alla capacità che essi hanno di adattarsi alla lesione (34,35,36). E’ proprio il muscolo quadricipite che permette il raggiungimento di questa stabilità dinamica ed in base alla sua risposta funzionale gli autori hanno suddiviso i pazienti in “coopers” coloro che erano in grado di opporsi alla lesione e “non coopers” coloro che invece presentavano frequenti episodi di “giving way” (36). Molti autori “difendono” il ruolo del quadricipite (37,38): Aune et al (36), suggerisce che la proprio la geometria dei condili femorali porta la linea di azione del quadricipite in una direzione tale da permettere una protezione del ginocchio da sublussazione anteriore; Eastlack et. al. (36) i pazienti con lesioni del LCA con un buon livello di funzionalità del ginocchio presentano un quadricipite nettamente più forte ed allenato rispetto coloro che presentano un ginocchio instabile. La debolezza del quadricipite rappresenta comunque un evento molto comune dopo lesione del LCA (40,41). Evidenze suggeriscono che potrebbero esserci delle importanti connessioni neurosensoriali tra il LCA ed il quadricipite (6). La perdita del feedback dei meccanocettori dopo lesione del legamento può risultare in una soppressione cronica del reclutamento di unità motorie durante una contrazione volontaria del quadricipite, presumibilmente attraverso l’eliminazione del feedback dal LCA verso i gamma motoneuroni (42-43). Vi sono anche delle evidenze indirette a supporto di questa teoria, in studi sull’atrofia del quadricipite e sulla perdita dell’attivazione volontaria dopo lesione del LCA. La sola atrofia (44) non può spiegare tutta la perdita di forza muscolare dimostrata dopo lesione del LCA. Vari studi hanno inoltre dimostrato un vuoto di correlazione tra l’area della sezione traversa del quadricipite, le misure morfologiche del muscolo e la forza muscolare.

Studi sull’attivazione del quadricipite dopo lesione del LCA hanno dimostrato una significativa riduzione dell’attivazione volontaria, forse per una ridotta utilizzazione delle unità motorie, che probabilmente vanno incontro ad atrofia.

Accanto agli Autori citati in precedenza, i quali enfatizzano il rafforzamento del quadricipite come mezzo per garantire la stabilità dinamica del ginocchio, vi sono altri Autori che, pur tenendo presente l’importanza di questo muscolo come principale stabilizzatore attivo, sottolineano come esso si comporti funzionalmente come un antagonista del LCA, favorendo una traslazione anteriore della tibia durante il movimento di estensione (45,46,47,48,49). Questi autori sono più favorevoli verso un rafforzamento elettivo dei flessori del ginocchio in quanto considerati “protettori” del LCA (56,57,58). Vari studi, tra i quali uno studio in vivo eseguito presso la Clinica Ortopedica di Perugia, hanno messo in luce come gli ischiocrurali durante movimenti stressanti per il LCA si attivino un tempuscolo prima della produzione delle forze di reazione del suolo, proprio per stabilizzare il ginocchio. Inoltre è stato dimostrato che gli ischiocrurali permettono una forza stabilizzante diretta posteriormente durante la contrazione degli stessi estensori del ginocchio (50, 51, 52). Kellis e Baltzopoulos (53) hanno dimostrato che una co-contrazione degli ischiocrurali durante il movimento di massimo sforzo estensorio altera significativamente il risultante momento articolare degli estensori. L’aumento del rapporto flessori/estensori (F/E) del ginocchio durante il movimento di estensione rappresenta una relativa dominanza dei flessori (55,59). Questo potrebbe anche rappresentare un miglioramento dell’abilità che hanno questi muscoli nello stabilizzare il ginocchio quando lo “strain ” sul LCA è massimo. Attualmente un ottimale rapporto flessori/estensori viene considerato tra il 50% e l’80% (54,64)e potrebbe essere utilizzato come indicatore della qualità della riabilitazione eseguita. Un outcome funzionale di un ginocchio instabile sembra dipendere proprio dal rapporto F/E (60,65). Un’accresciuta forza muscolare dei flessori (quando sia il quadricipite che gli ischiocrurali sono in buone condizioni), sembra funzionare come un importante stabilizzatore in grado di prevenire traslazioni tibiali in senso antero-posteriore in un ginocchio con lesione del LCA (61,62). Allo stesso modo una riduzione del rapporto F/E può portare gli ischiocrurali ed il LCA a rischio di infortuni (63). Li et al (65) hanno condotto uno studio su 46 atleti amatoriali con deficit del LCA che eseguivano un allenamento aggiuntivo a scopo di aumentare il rapporto F/E ed hanno trovato una chiara associazione tra un elevato rapporto F/E una buona funzionalità del ginocchio. Nello studio di A.S. Moisala at al (5), pubblicato nel 2007 gli Autori hanno riportato una forza maggiore negli ischiocrurali nelle ginocchia stabili che in quelle instabili. Simili risultati sono riportati da Muneta et al (32): la forza dei flessori risulta essere maggiore quando il ginocchio è stabile piuttosto che quando è instabile.

L.A. Hiemstra et al. (55) sono favorevoli nel supportare la teoria secondo la quale la dominanza dei flessori ad angoli articolari di particolare “strain” sul LCA potrebbe verificarsi per aiutare il ginocchio a proteggere il legamento da infortuni. Secondo questi Autori, quindi, nei soggetti che abbiano subito un intervento di ricostruzione del LCA, in presenza di deficit degli estensori, di residua instabilità, eventuali cedimenti articolari, vi sarebbe la necessità di un’adeguata forza dei flessori per minori angoli articolari per stabilizzare dinamicamente il ginocchio. Oltre alla fatica muscolare tre fattori principali possono variare la co-contrazione dei flessori: il momento estensorio richiesto, l’angolo articolare e la posizione di forze esterne flessorie rispetto l’articolazione dl ginocchio. In particolare in uno studio pubblicato nel 2004 da Kingma et al. (66) è stato riportato che per angoli articolari inferiori la componente di forza di taglio diretta posteriormente esercitata dai flessori tende a diminuire con l’angolo di flessione. La co-contrazione degli ischiocrurali sembra essere efficace in questo senso prevalentemente quando il ginocchio si trova ad una flessione maggiore dei 15°-22°. Secondo questi autori in prossimità dell’estensione completa (0°-15°) la co-contrazione degli ischiocrurali è quasi controproducente perché per neutralizzare il momento flessorio prodotto dagli stessi ischiocrurali, il quadricipite aumenta il suo livello di attivazione. E. Tsepis et al. (6) sostengono che la forza dei flessori sembra essere l’aspetto cruciale nella riabilitazione del ginocchio con lesione del LCA più del rafforzamento dello stesso quadricipite.

PARTE SPERIMENTALE

Dai numerosi dati in letteratura emerge l’importanza di un adeguato recupero della forza muscolare dopo intervento di ricostruzione del LCA di tutto l’arto inferiore ma in particolare dei muscoli del compartimento anteriore e posteriore della coscia. Secondo Rudolph (35) la principale causa di fallimento della riabilitazione in questi casi sarebbe rappresentata da un mancato ripristino della forza muscolare. Ne emerge quindi come la chiave per una buona riabilitazione sia proprio rappresentata da un attento recupero del parametro muscolare.

Il riabilitatore ha a disposizione vari tipi di esercizi terapeutici, come riportato precedentemente, utilizzabili nelle varie fasi del percorso riabilitativo: esercizi isometrici, esercizi a catena cinetica chiusa o aperte (con contrazioni in concentrica ed in eccentrica) fino ad arrivare agli esercizi pliometrici. Nello studio che è stato eseguito ho voluto porre l’attenzione sugli esercizi in contrazione isometrica che sono particolarmente utili nel prevenire l’ipotrofia in condizioni di immobilità e sono comunemente consigliati nella maggior parte dei programmi riabilitativi nell’immediato post-operatorio. Generalmente vengono eseguiti con ginocchio in completa estensione, tutelato dal tutore bloccato a 0°, e nel corso delle settimane successive vengono aggiunte delle resistenze graduali mediante l’applicazione di un peso alla caviglia. Tuttavia potrebbe essere interessante valutare come si modifica la forza muscolare del quadricipite e degli ischiocrurali durante contrazioni eseguite ad differenti angoli articolari del ginocchio, quindi a varie lunghezze muscolari, dal momento che nella curva tensione/lunghezza muscolare a differenti lunghezze muscolari corrispondono differenti livelli di forza muscolare. Le strutture elastiche e contrattili che compongono il muscolo lavorano assieme, fino a circa il 120-130% della lunghezza di riposo (Ldr). Successivamente si ha una rapida riduzione e scomparsa del contributo delle strutture contrattili e, fino al limite di rottura la tensione rimane a carico delle sole strutture elastiche. Le condizioni di allungamento ottimali del muscolo che determinano la miglior risposta muscolare allo stimolo nervoso sono, all’incirca il 120-130% della sua Ldr, condizione che da un punto di vista ultrastrutturale corrisponde ad un massimo numero di ponti fra actina e miosina.

Da qui ne deriva anche la possibilità di valutare l’efficacia di esercizi isometrici eseguiti ad angoli diversi da 0°.

Sono state queste premesse che hanno mi hanno indotto ad eseguire questo studio il cui obiettivo è quello di trovare un nuovo metodo di esecuzione di esercizi isometrici in contrazioni massimale ad angoli del ginocchio compresi tra i 30° e di 90° mediante la misurazione del momento di forza muscolare e dell’attività elettromiografica (EMG) del quadricipite, degli ischiocrurali, e del gastrocnemio.

Materiali e Metodi

I criteri di inclusione scelti per il presente studio sono stati i seguenti: soggetti di sesso maschile di età compresa tra i 18 ed i 30 anni, praticanti regolare attività sportiva, che non avessero mai avuto infortuni a carico delle ginocchia e delle caviglie nell’ultimo anno né avessero mai subito interventi chirurgici alle ginocchia.

Tutti i soggetti sani disponibili per lo studio e che rispettavano i criteri di inclusione sono stati preventivamente sottoposti a valutazioni biomeccaniche al fine di valutare lo stato funzionale delle ginocchia e della muscolatura della coscia. E’ stata quindi eseguita una valutazione artrometrica mediante KT 2000. In accordo con i dati riportati in Letteratura (67,68) si è mantenuta come cut-off la misurazione di una differenza tra le due ginocchia di 2 mm, oltre la quale si considerava una condizione di instabilità sul piano frontale che costituiva motivo di esclusione del soggetto. E’ stata inoltre eseguita una valutazione comparativa della forza muscolare dei flessori e degli estensori del ginocchio mediante dinamometro isocinetico KinCom Isokinetic.  Anche in questo caso sono stati esclusi coloro che presentavano una differenza di forza  maggiore del 10% rispetto il controlaterale poiché rappresenta una condizione di squilibrio muscolare. Un altro parametro di esclusione era rappresentato dalla presenza di dolore in contrazione massimale.

Alla fine di queste valutazioni sono stati arruolati 7 soggetti.

Si è quindi proceduto all’esecuzione di prove di attivazione volontaria massimale isometriche sia in estensione che in flessione su macchinario dinamometrico (Kin-Com Physical Therapy Isokinetic Equipment, Chattanooga, TN) mantenendo sempre l’anca flessa 90° per stabilizzare prossimalmente i muscoli biarticolari.

Le misurazioni sono state eseguite prima in estensione a 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80°e 90°, successivamente in flessione a 90°, 80°, 70°, 60°, 50°, 40°e 30°.

Contemporaneamente è stata eseguita l’acquisizione di dati elettromiografici da: retto femorale, vasto mediale, vasto laterale, capo lungo del bicipite femorale, semitendinoso, gemello mediale, e gemello laterale.

Risultati

Dai dati relativi al Momento di forza per ciascun muscolo ad ogni prova è stato calcolato il momento di forza massimale la risultante della quale ha permesso di ottenere il Momento di forza massimale in estensione ed in flessione.

Fig. 3: Momento di Forza massimale in Estensione e in Flessione

Come si può osservare dal grafico (Fig. 3) il picco del Momento di forza massimale in estensione si ha a 70°, con una differenza circa del 25% tra i 70° ed i 30°, mentre in flessione si ha un picco del Momento di forza massimale a 40° con una differenza del 56% tra i 40° ed i 90°.

Per quanto riguarda l’EMG, dai dati normalizzati e filtrati per ciascun muscolo ad ogni prova è stato calcolato il valore massimale dell’attività elettromiografica ottenendo così i grafici riportati in (Fig. 4) i quali mostrano un picco di attività elettromiografica per il Retto femorale a circa 70° mentre il Vasto mediale presenta un picco a 90°. I massimali dell’attività elettromiografica per i flessori mostrano un picco a 40° per il Bicipite Femorale, mentre il Gemello mediale e laterale presentano un picco a 70°. Quest’ultimo risultato è particolarmente importante da ricordare nella biomeccanica degli esercizi poiché il gastrocnemio si comporta funzionalmente come un antagonista del LCA.

Fig. 4: Attività elettromiografica registrata durante le prove dai muscoli VM: Vasto mediale; RF: Retto Femorale; GL: Gemello Laterale; GM: Gemello Mediale; BF: Bicipite Femorale.

Discussione

Se pure si tratta di uno studio pilota, i dati ottenuti ci suggeriscono la possibilità di poter utilizzare esercizi in massima contrazione isometrica in estensione a 70° per il rafforzamento del quadricipite e in flessione a 40° per il rafforzamento degli ischiocrurali, poiché sono gli angoli del ginocchio ai quali sembra prodursi una più efficace contrazione muscolare. Risulta interessante sottolineare che una contrazione in flessione a 70° favorisce il rafforzamento del gastrocnemio e questo come già citato dovrebbe essere evitato nella pianificazione del programma riabilitativo. Infatti, uno studio di Braden C. (69) pubblicato nel 2001 ha messo in luce come il muscolo gastrocnemio si comporti come un antagonista del LCA particolarmente quando il ginocchio è prossimo alla completa estensione. Contrazioni isolate del gastrocnemio aumentano lo strain sul LCA. I valori di strain del LCA durante la contrazione di questo muscolo sono significativamente maggiori quando il ginocchio si trova tra i 5° ed i 15° di flessione rispetto a quando si trova tra i 30° ed i 45° di flessione. La co-contrazione del gastrocnemio con il muscolo quadricipite produce un aumento notevole dei valori dello strain sul LCA. La co-contrazione del muscolo gastrocnemio con i muscoli ischiocrurali induce un aumento dello strain del LCA rispetto ad una contrazione isolata dei soli ischiocrurali. Pochi studi hanno valutato il rapporto tra il muscolo gastrocnemio ed il LCA. O’ Condor (70) nel 1993, utilizzando un modello geometrico del ginocchio ha ipotizzato che il gastrocnemio può agire nella traslazione anteriore della tibia. La linea di azione del muscolo gastrocnemio si porta posteriormente alla tibia quando il ginocchio è flesso a causa della sua inversione sul femore. Quindi, sembra ragionevole che lo strani prodotto sul LCA potrebbe essere maggiore quando il ginocchio è in prossimità dell’estensione completa. In contrasto a questa osservazione, Durselen et a (71), usando un modello cadaverico per valutare il rapporto tra i muscoli che intervengono sul ginocchio ed il comportamento del LCA, ha riportato che la contrazione del m. gastrocnemio e degli ischiocrurali non esercita un’elongazione sul LCA nell’arco di movimento del ginocchio.

Limbird et al (25) ha riportato come l’attività del muscolo gastrocnemio sia ridotta in soggetti con deficit del LCA durante il cammino, suggerendo un suo ruolo come antagonista del LCA. Un altro gruppo di studio riporta dati opposti. Risulta quindi evidente come in Letteratura vi sia un disaccordo circa l’effettivo ruolo del gastrocnemio rispetto il LCA.

Questi esercizi potrebbero essere introdotti nel programma riabilitativo tra la terza e la quarta settimana, ovvero dopo che si sia raggiunta un’articolarità completa, soprattutto un’estensione completa, e si possano quindi proporre esercizi anche con ginocchio flesso. Oltre la quarta settimana post-operatoria lo spazio rimane aperto per esercizi a catena cinetica chiusa o aperta.

Anche se questo studio è nato con l’obiettivo di trovare dei nuovi esercizi applicabili nell’immediato post-operatorio, comunque l’utilità di questi esercizi va ben oltre il contesto della lesione del LCA e quello post-operatorio, potendo usare questi risultati anche in altri ambiti qualora ci sia la necessità di rafforzare efficacemente le strutture muscolari interessate.

Un limite dell’applicabilità di questi esercizi è rappresentato dalla necessità di utilizzare uno strumento per la loro corretta esecuzione e questo ne riduce sicuramente la praticità e la compliance. Stiamo cercando di mettere a punto un “device” con un modello del tipo dello stesso tutore usato nella prima settimana post-operatoria da utilizzarsi bloccato ai gradi di interesse per facilitare l’esercizio ai gradi di flessione del ginocchio consigliati.

Rimane aperta la strada per lavori futuri, infatti, questi risultati preliminari necessitano sicuramente del conforto di uno studio eseguito su un più ampio gruppo di soggetti, con un gruppo di controllo per valutarne l’efficacia. Ad un livello di analisi più approfondito si potrebbe valutare anche la forza muscolare a differenti livelli di attivazione elettromiografica.

Un ulteriore step potrebbe essere quello di eseguire uno studio non solo su soggetti sani ma iniziare a valutare l’efficacia di questi nuovi esercizi anche nei soggetti sottoposti a ricostruzione del LCA.

Conclusioni

Il rafforzamento muscolare del quadricipite e degli ischiocrurali rappresenta un obiettivo fondamentale del programma riabilitativo dopo ricostruzione del LCA, perseguibile attraverso vari tipi di esercizi terapeutici. Con questo studio ho tentato di trovare un nuovo metodo di esecuzione degli esercizi isometrici ad angoli articolari del ginocchio che sono risultati essere più efficaci per produrre un picco di Momento di forza e di massima attività elettromiografica diversi per i muscoli del compartimento anteriore e posteriore della coscia. I risultati incoraggiano verso l’esecuzione di studi più approfonditi prima di poter applicare questi esercizi anche su soggetti operati.

Ringraziamenti

Ringrazio il Laboratorio di Biomeccanica “Let People Move” di Perugia, i tecnici E. De Canonico e A. Archilletti, l’ingegnere D. Bassett e la Nicola’s Foundation Onlus che hanno reso possibile l’esecuzione di questo studio.

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Dott.ssa Claudia Fusco
Scuola di Specializzazione in Medicina Fisica e Riabilitazione
Università degli Studi di Perugia