Si definisce attività di medicina riabilitativa il complesso d’interventi valutativi, diagnostici, terapeutici e rieducativi che accompagnano l’individuo nell’iter suddetto. La medicina riabilitativa ha come paziente colui che per una qualsiasi limitazione o mancanza non riesce a compiere un’attività nel modo e nella misura considerata normale per un uomo.
La riabilitazione è un processo di risoluzione di problemi motori e di educazione nel corso del quale si porta una persona non abile a riacquisire il miglior livello di vita possibile, sia sul piano fisico, funzionale, sociale ed emozionale; con la minor restrizione possibile nell’ambito della limitazione relativa al suo problema e delle risorse disponibili.

L’età media della vita dell’uomo sta aumentando e contemporaneamente anche l’aspettativa di vita; l’anziano non si accontenta più di vivere più a lungo, egli esige una elevata qualità della vita; il benessere economico raggiunto da questa società favorisce ed accompagna anche la ricerca di un benessere fisico che si prolunghi per più tempo possibile. Sempre più persone sono disponibili a subire interventi di chirurgia protesica perché sanno che in seguito avranno una vita migliore.
La ricerca, le tecniche chirurgiche e la tecnologia portano continuamente delle importanti novità che influenzano inevitabilmente e in modo positivo il lavoro di chi agisce in questo ambito; è quindi fondamentale che fisiatri, fisioterapisti, massaggiatori, educatori fisici e tutti coloro che operano in questo ambito si aggiornino continuamente. La medicina riabilitativa è una scienza giovane ed in continuo divenire, come tutte le altre discipline mediche non è isolata ma dipende strettamente dall’ortopedia e dalla chirurgia; queste ultime sono costantemente assistite e guidate da continue innovazioni tecniche e scoperte scientifiche di notevole interesse. Essendo la riabilitazione a sostegno e supporto di tali specializzazioni, risulta abbastanza intuitivo come anch’essa sia in continua evoluzione e in continuo rinnovamento.
Nell’ultimo decennio si sono aperte vaste aree di sperimentazione che riscuotono l’interesse dell’industria produttrice di apparecchi e strumenti elettromedicali, dei costruttori di protesi, mezzi di sintesi e prodotti per l’ortopedia e la chirurgia protesica. Nell’ambito della riabilitazione le attenzioni dell’industria non vengono certamente meno; ausili ortopedici, elettrostimolatori, complementi da palestra e macchinari di nuova concezione sono i prodotti sui quali le industrie investono massicciamente.
Per mia fortuna l’istituto presso il quale presto la mia opera è molto sensibile a tutte queste novità e cerca di fornire gli strumenti più avanzati ed innovativi che permettono agli operatori di svolgere un lavoro di alto livello.
Colgo l’occasione per ringraziare il Centro di Riabilitazione Prosperius di Firenze e l’Istituto Prosperius Tiberino per la collaborazione prestatami e la disponibilità di mezzi così sofisticati indispensabili per la realizzazione di questo lavoro.

L’obiettivo del presente lavoro è quello di cercare di capire se l’elettromiografia possa essere usata in ambito riabilitativo come strumento di monitoraggio, controllo, individuazione e personalizzazione dell’esercizio terapeutico. Per raggiungere la finalità che ci siamo prefissi, abbiamo organizzato la trattazione iniziando con una panoramica dedicata all’elettromiografia, facendo riferimento sia al metodo invasivo che a quello di superficie. Di seguito si tratta la valutazione muscolare analizzando la metodiche più frequenti; l’iter prosegue con la descrizione dello strumento che abbiamo utilizzato per condurre la nostra indagine, con l’esposizione delle tabelle riassuntive dei dati raccolti sperimentalmente per poi terminare con le considerazioni finali e la bibliografia.

L’ELETTROMIOGRAFIA

L’elettromiografia è una metodica diagnostica che fa parte del settore della neurofisiologia,comprende l’analisi mediante aghi ed elettrodi dell’attività muscolare a riposo e durante l’attivazione volontaria (EMG propriamente detta) e lo studio della conduzione nervosa,motoria e sensitiva (Elettroneurografia).
I muscoli convertono energia chimica in energia meccanica; poiché essi possono tirare ma non spingere,sono necessari almeno due muscoli per gestire ogni articolazione che connette due segmenti ossei:queste mansioni sono svolte dai muscoli agonisti e dagli antagonisti.La simultanea contrazione di entrambi i muscoli consente movimenti finemente controllati e l’irrigidimento dell’articolazione.Si distinguono inoltre due categorie di muscoli: scheletrici o striati e lisci. I muscoli sono formati da lunghe cellule dette fibre le cui membrane sono eccitabili e presentano una tensione a riposo di circa –70mV fra l’interno e l’esterno della cellula stessa. Quando si modifica la tensione di membrana oltre un punto limite,si genera un fenomeno chiamato”potenziale d’azione”.Questa tensione transitoria si sviluppa in un tempo di 2-5 millisecondi (ms) e si propaga nello spazio dal punto di origine alle due estremità della fibra con una velocità di 3-5 m/s.Nel traslare,il potenziale d’azione genera un campo di corrente che si diffonde nel mezzo conduttore circostante (volume conduttore) e che produce delle tensioni individuabili,sia fra due punti qualsiasi nel mezzo circostante,sia sulla superficie della pelle.
I neuroni motori stabiliscono una connessione fra il midollo ed i muscoli. Quando raggiunge il muscolo,ogni neurone motore si dirama in un numero di branchie terminali, ciascuna delle quali crea una connessione elettrochimica con una singola fibra muscolare, chiamata placca motrice o giunzione neuromuscolare. Ogni fibra ha una sola giunzione neuromuscolare con un solo neurone motore (motoneurone).
Un motoneurone e le fibre muscolari che innerva formano una unità motoria(UM),le cui fibre sono attivate sincronicamente e possono essere in numero variabile da una dozzina ad un migliaio. Un muscolo può contenere da 50 a 1500 UM,le cui fibre sono contenute in territori parzialmente corrisposti. Le fibre si differenziano per le dimensioni (il diametro può variare da 10 mm a 100 mm,la lunghezza da pochi millimetri a 300 mm),per il metabolismo e per il comportamento elettrico e meccanico. Si possono identificare due tipi principali di fibre:quelle di tipo I, più piccole,più resistenti alla fatica,producono forze inferiori,presentano velocità di contrazione meccanica e di conduzione elettrica inferiori;quelle di tipo II, solitamente più grandi, meno resistenti alla fatica, producono forze superiori, presentano velocità di contrazione meccanica e di conduzione elettrica superiore. La distribuzione dei due tipi di fibre dipende da fattori genetici.Il diametro delle fibre dipende dal grado di uso.
Ogni potenziale d’azione (spike o sparo) trasmesso lungo un neurone motore genera una contrazione meccanica dell’unità motoria. A mano a mano che la frequenza di scarica aumenta da pochi impulsi al secondo fino a 15-20 impulsi al secondo,l’unità motoria non ha più il tempo di rilassarsi fra un impulso e l’altro e rimane contratta generando una contrazione”tetanica”.
Il cervello regola e adatta gradualmente il livello della forza muscolare controllando il numero delle unità motorie attivate e la frequenza di attivazione di ciascuna di esse in base alla necessità.
La somma dei potenziali d’azione generati dalle singole fibre muscolari di una unità motoria è il potenziale d’azione della unità motoria (MUAP).Il segnale elettromiografico (EMG),o mioelettrico, è la tensione rilevata con due o più elettrodi all’interno del volume conduttore (rilevamento con aghi) oppure sulla superficie della pelle (rilevamento di superficie); nel nostro caso l’indagine è stata condotta seguendo la modalità non invasiva. Più è profonda la sorgente più è diffusa la zona di distribuzione di potenziale sulla superficie e minore la sua ampiezza. Quando questa distribuzione si propaga sulla superficie nella direzione della fibra,genera un potenziale variabile nel tempo in ciascuno dei punti di rilevamento (potenziale monopolare).
Il volume di rilevamento di un sistema di elettrodi è il volume da cui i contributi del segnale sono distinguibili dal livello di rumore. Questo volume dipende dalla distanza fra gli elettrodi, è un emisfero di circa 0,5-1 mm di diametro nel caso degli aghi e di pochi centimetri nel caso in cui il rilevamento venga effettuato a livello cutaneo. Allo stato attuale della ricerca il rilevamento di superficie fornisce informazioni solo sui muscoli più superficiali. I segnali di superficie hanno ampiezze variabili dal livello di rumore a pochi mV da picco a picco con la quasi totalità della potenza compresa tra 10 Hz e 300-400 Hz.
Il rilevamento con aghi permette il prelievo di potenziali generati da fibre appartenenti a poche unità motorie, fornisce un’informazione localizzata con buoni dettagli morfologici che permettono l’individuazione e la separazione dei contributi dovuti ad unità motorie diverse ed il riconoscimento di forme di MUAP che riflettono patologie. I segnali rilevati con gli aghi hanno ampiezze variabili dal livello di rumore a pochi mV con la maggior parte della potenza compresa tra 1-1,5 Hz e 10 Hz.
Il rilevamento di superficie fornisce un’informazione globale con particolari morfologici non molto dettagliati. Porzioni di muscolo lontane ma grandi possono fornire un contributo di segnale paragonabile a quelli di porzioni più piccole e più vicine. Quando questi contributi vengono da muscoli diversi da quello su cui si trovano gli elettrodi, vengono indicati come”crosstalk”.
Quando i contributi di più unità motorie,attivate asincronicamente dagli impulsi nervosi provenienti dal sistema nervoso centrale tramite motoneuroni periferici,si sommano algebricamente, il segnale appare casuale ed è denominato segnale di interferenza. Questo è il segnale osservabile durante le contrazioni volontarie di un muscolo. Se i neuroni motori (o i loro rami terminali) sono attivati sincronicamente da uno stimolatore elettrico esterno, i diversi MUAP sono sincronizzati e si sommano per formare il potenziale d’azione composto detto anche Compound Action Potential (CAP).
L’elettromiografia di superficie (EMG) è detto monopolare quando il segnale viene rilavato tra un elettrodo localizzato sopra il muscolo ed uno fuori dalla zona elettricamente attiva (neutra).
In questo caso il volume di rilevamento è grande, perciò il crosstalk e l’interferenza potrebbero costituire problemi seri. Il rilevamento è detto bipolare (o singolo differenziale) quando un amplificatore differenziale viene utilizzato per rilevare segnali prelevati tra due punti sullo stesso muscolo, solitamente allineati in direzione delle fibre. Questo sistema che effettua un campionamento della tensione in due punti della superficie cutanea e ne computa la differenza di potenziale, è la forma più semplice di filtro spaziale. Non soltanto una tensione di modo comune (componente spaziale continua) non verrà rilevata, ma neppure nessuna distribuzione sinusoidale di potenziale nello spazio con semilunghezza d’onda. D’altra parte, le distribuzioni sinusoidali genereranno segnali differenziali con ampiezza uguale all’ampiezza, da picco a picco, della distribuzione monopolare. In generale una distribuzione di potenziale spaziale avrà molte componenti sinusoidali (serie o trasformata spaziale di Fourier),alcune delle quali non verranno rilevate generando così le cosiddette incisure spettrali (spectral dips).Un altro metodo di rilevamento frequentemente usato è il filtro doppio, la cui versione doppia è spesso utilizzata per la stima delle velocità di conduzione delle fibre muscolari. Filtri bidimensionali sono usati per migliorare la velocità di prelievo.
Le schiere lineari di elettrodi di superficie forniscono utili informazioni geometriche sulle singole unità motorie. La tecnica per il riconoscimento ed la classificazione delle unità motorie è molto diversa da quella utilizzata con il rilevamento ad ago. Mentre si perdono le informazioni morfologiche sul MUAP a causa del filtraggio operato dal tessuto (diffusione nel volume conduttore), si ottengono informazioni aggiuntive sulla lunghezza e la velocità di conduzione delle fibre,sulla disposizione delle zone di innervazione e, con l’aiuto di modelli,su numerose altre caratteristiche geometriche delle singole unità motorie.
Un potenziale stazionario, dovuto alla estinzione delle zone depolarizzate alle terminazioni tendinee è chiaramente evidente nei segnali monopolari. Le zone di innervazione e le terminazioni muscolo-tendinee sono chiaramente evidenti nei segnali singolo differenziali (bipolari). La velocità di conduzione può essere stimata bene utilizzando segnali doppio differenziali.
La principale applicazione delle tecniche EMG fino ad ora ha utilizzato aghi per la diagnosi delle malattie neuromuscolari che modificano la morfologia dei MUAPs.
Tuttavia,le tecniche di superficie stanno prendendo sempre più campo e sono sempre più accettate un quanto non invasive, più economiche e forniscono un’informazione globale. Accenniamo di seguito ad alcune delle più frequenti applicazioni delle tecniche elettromiografiche con rilevamento cutaneo:
Calcolo della velocità di conduzione della fibra nervosa:un nervo periferico è stimolato elettricamente e la risposta del muscolo (onda-M) viene rilevata. La misura della distanza fra il punto di applicazione dello stimolo ed il punto di rilevamento e la misura appropriata del ritardo tra stimolo a risposta permettono la stima della velocità di conduzione delle fibre del nervo;
Manifestazioni mioelettriche della fatica muscolare: quando una contrazione volontaria o provocata elettricamente è sostenuta nel tempo in condizioni isometriche, il segnale EMG diventa progressivamente più lento . Questo cambiamento, che precede l’incapacità di protrarre lo sforzo richiesto (affaticamento meccanico), è indicato con il termine “manifestazioni mioelettriche di fatica muscolare”e dipende dalla costituzione e dal tipo di fibre del muscolo. E probabile che la ricerca in corso conduca,tra breve, ad una stima non invasiva della percentuale di fibre di Tipo I e di Tipo II, stima che oggi è possibile solo tramite biopsie muscolari;
Analisi del cammino e intervalli di attivazione muscolare: durante movimenti quali il cammino, le attività sportive o gli esercizi di riabilitazione, è importante rilevare gli intervalli ed il livello di attivazione do ogni singolo muscolo. L’EMG di superficie è lo strumento appropriato per questo scopo. La presenza di crosstalk ed il movimento relativo tra il muscolo e gli elettrodi rappresentano comunque possibili fattori di disturbo, spesso trascurati nelle valutazioni cliniche. Il prelievo di segnali mediante inserimento temporaneo di fili all’interno del muscolo di interesse è anche una tecnica diffusa che però presenta tutti i limiti dei metodi invasivi;
Controllo delle protesi mioelettriche: i motori di arti e articolazioni artificiali (soprattutto mani polsi e gomiti) possono essere controllati dai segnali EMG di superficie rilevati dai muscoli sopra il livello dell’amputazione. Alcuni sistemi di questo tipo sono già in commercio ed altri in via di sviluppo.
Biofeedback:fornire ad un paziente l’informazione sul livello di attività di un certo muscolo o distretto muscolare lo può aiutare ad imparare strategie per aumentare il controllo volontario o per diminuire l’attività involontaria di tale unità muscolare e recuperare quanto più il controllo possibile dopo una lesione;
Medicina occupazionale ed ergonomia: il segnale EMG è utilizzato in studi ergonomici per valutare quanto fattori come le modalità e le posizioni di lavoro, la forma di uno strumento, la configurazione della postazione di lavoro, ecc. influenzano l’attività di una serie di muscoli e l’eventuale sviluppo di patologie.

La velocità con la quale un potenziale d’azione si propaga lungo una fibra muscolare è di per sé un’indicazione sullo stato muscolare della fibra stessa. Di conseguenza la velocità di conduzione (CV) è uno strumento di base nello studio del muscolo,sia nelle applicazioni cliniche che nella ricerca. La stima della velocità di conduzione può essere effettuata utilizzando segnali volontari o indotto elettricamente o con metodi invasivi e non invasivi. La gamma di valori nei muscoli striati è tra i 3m/s e i 6m/s con una intorno ai 4m/s.
Come in tutti i casi di segnali che si propagano la velocità di conduzione è stimata, misurando il tempo di propagazione (Dt) su una distanza (d) conosciuta, da cui si ricava CV=d/Dt. Il ritardo Dt può essere misurato dall’osservazione dei segnali S1(t) e S2(t) prelevati da due sistemi di elettrodi separati da una distanza d lungo l’asse della fibra, dove S2(t)=S1(t)-(t-Dt).
Quest’ultima condizione è difficile da realizzare in pratica, poiché la misura risulta corretta solo se effettuata su di un’unica fibra o su fibre con identica velocità di conduzione. Se i segnali sono generati da più fibre con velocità di conduzione diverse il concetto di Dt non è ben definito e la sua stima può essere affetta da errore.
Le velocità di conduzione delle fibre di un singolo muscolo tradizionalmente vengono misurate con due elettrodi ad ago intramuscolare. In tal caso la condizione suddetta viene soddisfatta, ed il ritardo viene misurato in base alla distanza di punti identici sulle due forme d’onda. Nel caso in cui gli elettrodi rilevino il contributo di più di una fibra, ciascuna di esse può essere identificata usando tecniche di decomposizione e le loro rispettive velocità di conduzione possono così essere stimate. In questo modo, ripetendo la misura per diverse posizioni egli elettrodi, si può ottenere una stima della distribuzione della velocità di conduzione delle diverse fibre.
La velocità di conduzione di una singola unità motoria deve essere definita perché il potenziale d’azione dell’unità motoria (MUAP) è la somma spaziale e temporale dei segnali provenienti dalle fibre costituenti, ciascuna delle quali può avere una velocità di conduzione diversa dalle altre. Se procediamo a misurare il ritardo tra due punti analoghi all’inizio di M1(t) e di M2(t) avremo il ritardo corrispondente approssimativamente alla velocità massima,mentre se utilizziamo punti analoghi alle estremità di M1(t) e di M2(t) avremo approssimativamente la velocità minima. Se alcuni punti intermedi, per esempio i picchi del segnale, vengono scelti per la stima del “ritardo”,si ottiene la velocità “media”senza informazioni riguardanti le distribuzioni di probabilità per i ritardi delle singole fibre e il peso di ciascuno.
Nel caso di segnali di elettromiografia comprendenti più di poche unità motorie, in particolare se ottenuti con elettrodi di superficie, la determinazione del ritardo di conduzione, e quindi della velocità, da valori istantanei come quelli precedentemente illustrati, è molto problematica. Ciò è dovuto al fatto che la profondità delle fibre, le posizioni delle giunzioni neuromuscolari, ecc., che influiscono sulla somma spaziale e temporale, rendono i due segnali diversi. In tali casi di solito si stima la velocità di conduzione della funzione di crosscorrelazione tra i due segnali oppure si sfruttano le proprietà della risposta all’impulso di un sistema lineare. Entrambi questi metodi forniscono una unica stima della velocità di conduzione che è una media dei valori effettivi. Il ritardo di conduzione si ottiene dall’ascissa del picco della funzione di crosscorrelazione.
Il metodo delle funzioni di crosscorrelazione ha l’importante vantaggio che la correlazione tra segnali di unità differenti è zero (assumendo modalità di scarica statisticamente indipendenti in unità diverse), eliminando in tal modo l’errato contributo di ritardo dovuto alla scarica di unità differenti. Un fattore di errore particolarmente importante quando si utilizza la funzione di crosscorrelazione o il metodo della risposta all’impulso è la presenza di componenti elettromiografiche coerenti non ritardate nei segnali dei due elettrodi. Queste componenti non ritardate sono dovute, fra le altre cose, alla estinzione del potenziale d’azione alla terminazione delle fibre con il tendine. L’effetto, che causa una sovrastima di velocità di conduzione, può essere notevolmente ridotto usando la configurazione doppio differenziale di elettrodi.
Altre tecniche disponibili ma non largamente usate, comprendono le incisure dello spettro (spectral dips), l’analisi del diagramma di fase e la correlazione di polarità.
Per una panoramica di tali approcci e delle loro applicazioni è consigliabile vedere il lavoro di Arendt-Nielsen e Zwarts.
Vediamo come si comporta l’elettromiografia indotta stimolazione elettrica. La velocità di conduzione si può anche misurare, invasivamente o non invasivamente, utilizzando i segnali EMG o onde-M acquisite da due elettrodi in risposta di una stimolazione elettrica delle fibre nervose. Con la stimolazione di superficie, possono venire coinvolte molte unità motorie e la dispersione delle relative placche motrici può introdurre una polarizzazione della stima. Sia nelle misure invasive sia in quelle non invasive la stima è più precisa che nel caso di contrazioni volontarie poiché il segnale casuale viene sostituito con una risposta allo stimolo di tipo deterministico.
Come è stato notato in precedenza, le velocità di conduzione delle fibre muscolari sono distribuite su una gamma, e le tecniche di misurazione descritte forniscono solo un numero rappresentativo di tale distribuzione.
Due approcci recenti si basano sul rapporto tra il cross-spettro e l’autospettro dei segnali elettromiografici ottenuti da due sistemi di elettrodi. La trasformata inversa di Fourier di tale rapporto è una misura della funzione di densità di probabilità del ritardo di conduzione delle fibre. I n conclusione, dopo una serie di passaggi matematici e approssimazioni statistiche, che adesso non stiamo a sviscerare, si può sostenere l’ipotesi che la trasformata di Fourier del rapporto F(f) è (sotto certe ipotesi semplificative) una stima della densità di probabilità dei ritardi di conduzione. Da tale stima è possibile calcolare la densità di probabilità delle velocità di conduzione. Per quanto ancora basate su approssimazioni molto limitanti, queste due tecniche sono promettenti e soggette ad una notevole attività di ricerca. Esse stimano la distribuzione della velocità di conduzione dall’elettromiografia di superficie con molte unità motorie simultaneamente attive che contribuiscono ad un segnale di interferenza. Un metodo alternativo è quello di separare i segnali delle unità contribuenti per ottenere la velocità di conduzione di ciascuna determinando così una stima della distribuzione. Questo approccio si basa sull’uso di filtri spaziali costruiti da schiere di elettrodi bidimensionali che possono essere progettate per focalizzarsi spazialmente su regioni del muscolo e quindi separare le unità componenti e le loro velocità. Tale approccio è molto promettente e sarà quindi ulteriormente sviluppato in futuro.
L’errore più evidente nella stima della velocità di conduzione è l’errato allineamento dell’asse principale del sistema di elettrodi con le fibre del muscolo. L’entità di tale errore dipende dalla geometria degli elettrodi, dalla loro distanza, dall’angolo di disallineamento a dal grado di anisotropia del tessuto sottostante.
La seconda importante fonte di errore è la posizione degli elettrodi rispetto alla zona di innervazione e alla zona terminale del muscolo. Se gli elettrodi sono posizionati vicino a tali zone risulterà una sovrastima di velocità di conduzione. Infatti la sistemazione degli elettrodi troppo vicino alla zona di innervazione o ai tendini può introdurre componenti non ritardate nei segnali elettromiografici, dando così una sovrastima della velocità di conduzione. Questo errore è ridotto al minimo sistemando attentamente gli elettrodi ed usando la sistemazione doppio differenziale come abbiamo fatto nella nostra indagine.
Il rumore elettrico di fondo,dovuto alla giunzione metallo-elettrolita, introdurrà un errore nella determinazione dei valori di parametri come la posizione del picco della funzione di crosscorrelazione, punti simili sulle due forme d’onda, ecc.
Durante ogni attività motoria i muscoli coinvolti nel movimento delle articolazioni sono attivati dal cervello secondo specifici schemi motori. Un semplice modello di elettromiografia dinamico presuppone che il segnale di interesse sia un rumore gaussiano a media nulla modulato in ampiezza da una funzione che rappresenta l’intensità dell’attivazione. Tale funzione può venire stimata tramite demodulazione dell’ampiezza dell’elettromiografo,cioè tramite raddrizzamento e filtraggio passa-basso, un processo che spesso si indica come rilevamento lineare di inviluppo. Effettivamente la costante temporale del filtro analogico o la lunghezza della risposta all’impulso del filtro digitale dovrebbero adattarsi automaticamente alle proprietà locali del segnale per seguire ugualmente bene variazioni veloci e lente.
E evidente che l’identificazione degli intervalli di attivazione e del livello di attivazione di un muscolo è un compito di non facile soluzione. Molti fattori contribuiscono a definire l’intensità del segnale elettromiografico dinamico, oltre al livello di attivazione muscolare. Tra questi riscontriamo il crosstalk, la variazione di spessore dello stato sottocutaneo, la posizione degli elettrodi rispetto alle zone di innervazione e quelle terminali, la variazione di lunghezza del muscolo ed il suo scorrimento rispetto alla cute e rispetto agli elettrodi. Le variazioni di ampiezza del segnale elettromiografiche possono essere attribuite a effettive variazioni del livello di attivazione muscolare solo in condizioni accuratamente controllate. Riteniamo di aver condotto il nostro studio tenendo ben in considerazione tutti questi aspetti, utilizzando strumenti ritenuti di massima attendibilità dalle istituzioni competenti ed adottati dalla NASA negli studi più avanzati.

VALUTAZIONE FUNZIONALE DEL MUSCOLO

L’analisi della forza, della potenza, della rigidità, della elasticità muscolare e del ROM articolare, sono elementi importanti per lo studio dell’ esercizio. Analogamente la valutazione della attività neuromuscolare e di estrema importanza e di interesse riabilitativo nel settore degli infortuni causati da attività sportiva. Di conseguenza molte tecniche e metodi di valutazione sono stati usati per dare informazioni riguardanti la relazione di forza e potenza muscolare nelle varie attività fisiche e per monitorare i progressi della riabilitazione in conseguenza di infortuni.
Le caratteristiche fisiche dipendono da vari fattori, che includono struttura e funzionamento del sistema nervoso, struttura e biochimica dei muscoli scheletrici, meccanica delle articolazioni e delle leve ed elementi meccanici esterni al sistema. Ognuna di queste componenti ha la sua specifica influenza sulla prestazione effettuata, ma più importante è che esse sono tutte dipendenti l’una dall’altra. Le funzioni proprie di una attività neuromuscolare sono di grande rilevanza. Comunque, lo sviluppo e il confronto di test ripetibili per la valutazione della funzionalità muscolare rappresenta uno dei punti essenziali sui quali si basa la riabilitazione di infortuni sportivi.
Si potrebbe ricordare che durante il periodo di infortunio e nel periodo post-operatorio si possono ottenere risultati soddisfacenti solo con l’interazione tra chirurgo, paziente e l’educatore fisico. La pianificazione della riabilitazione si basa sulla considerazione degli effetti del non uso e dell’immobilità del tessuto muscolo-scheletrico e la conoscenza della necessità di ricorrere alle terapie in conseguenza dell’infortunio e delle tecniche chirurgiche (56). Deve essere creato un giusto equilibrio fra la domanda di riposo per facilitare la guarigione ed il bisogno di lavoro per ritardare l’atrofia del tessuto muscolo-scheletrico.
L’approccio fisico per la riabilitazione è basato su progressioni logiche attraverso la cronologia di : immobilità, arco di movimento, caricamento con peso progressivo ed esercizi di potenziamento. Questa ultima categoria può essere suddivisa nella progressione di : isometria, isotonia (carico iso-inerziale), esercizi funzionali attraverso l’isocinesi. L’ultimo obiettivo, e fase finale, è il ritorno alla piena attività. D’altra parte è stato suggerito che in pratica clinica la riabilitazione post-immobilizzazione deve essere precoce ed efficace. Per aiutare il lungo processo, che va dalla condizione di infortunio alla normale ripresa fisiologica, il programma riabilitativo può effettivamente essere sostenuto dall’analisi della funzionalità muscolare. Nell’ambito sportivo questo può essere compiuto periodicamente durante il periodo di allenamento per controllare l’effetto dell’allenamento stesso, sulle funzioni neuro-muscolari e sulle prestazioni specifiche.
Inoltre, la valutazione utilizzata per seguire il programma di allenamento potrebbe essere usata, in caso di infortunio o di intervento chirurgico, come dato base clinico per assistere o programmare gli esercizi terapeutici.
In previsione, questa informazione, è importante come la modalità del test usata, ai fini dell’interesse sulla prestazione. In questo contesto, l’attivazione sia dinamica che isometrica sono state impiegate per eseguire test ed analisi di valutazione. Comunque sia, l’attendibilità di un protocollo di valutazione dovrebbe essere sufficiente affinché le misurazioni sulla forza muscolare, indotta dall’esercizio terapeutico conseguentemente ad infortunio,non possano essere attribuite ad errori degli strumenti o dal test stesso.

TEST ISOMETRICO
Il comportamento muscolare nella valutazione isometrica, che misura le capacità massima di un muscolo di produrre forza statica, ha proceduto con risultati diversi e spesso opposti . Una delle maggiori limitazioni di tali test è che essi non sono specifici per prestazioni di moltissimi movimenti che richiedono un ROM particolare. Inoltre, in precedenti ricerche ci sono state variazioni notevoli sull’angolo usato nella valutazione isometrica. Per esempio il test isometrico su “Leg extension” è stato provato con un ampio arco di movimento dell’angolo del ginocchio (90-140°) . Comunque, recenti studi, indicano che, in ogni caso il test isometrico è usato per avere una previsione di attività nelle prestazioni, l’angolo della articolazione testata non dovrebbe essere arbitrario. Infatti le relazioni tra il test isometrico e le prestazioni, variano sostanzialmente in funzione dell’angolo . Questi autori hanno raccomandato che il test isometrico dovrebbe essere eseguito all’angolo al quale il picco di forza è stato ottenuto nella prestazione che interessa. In contrasto, è stato suggerito che il test isometrico deve essere effettuato all’angolo articolare che corrisponde al picco della curva di forza per il particolare distretto muscolare interessato, per ridurre la variabilità associata con piccoli errori nelle determinazione dell’angolo.
Sebbene le misurazioni isometriche possono essere ottenute usando non solo un angolo articolare di lavoro , ma molteplici angoli articolari, la forza isometrica è stata raramente messa in relazione con la prestazione dinamica. In uno studio longitudinale, ottenuto con la squadra nazionale maschile Finlandese di pallavolo, è stato evidenziato che la diminuzione di pesanti allenamenti di resistenza e l’inizio dell’utilizzazione di esercitazioni di salto, inducevano un aumento nelle prestazioni di salto, ma era accompagnato da una riduzione della forza isometrica . La non – relazione tra prestazioni di salto e forza isometrica è anche stata riportata in diverse altre pubblicazioni. La crescita dello sviluppo di tensione (RTD – rise of tensione developement), molto probabilmente rappresenta il punto nella curva di forza dove l’ammontare delle unit’ motorie attive e/o la loro frequenza di innesco è massima. La RTD calcolata durante il movimento concentrico dinamico è superiore all’RTD isometrico nella sua relazione con la prestazione dinamica . E stato suggerito che ci potrebbero essere differenze nell’attivazione nervosa del muscolo tra attività isometrica e dinamica.
Tali risultati sostengono proposte che specifici modelli di reclutamento siano sviluppati per contrazioni dinamiche e che questi modelli differiscono delle unità motorie di reclutamento durante l’attività isometrica. Di conseguenza, cambiamenti ai programmi di esercizio terapeutico dovrebbero essere basati sui cambiamenti della prestazione attuale, come indicato dai test di valutazione funzionale. Queste scoperte sembrano essere dovute alla grande differenza neurologica e meccanica tra azione muscolare isometrica e dinamica.
Alla luce di quanto esposto è consigliato che la valutazione isometrica di una prestazione dinamica dovrebbe essere evitata. Impieghiamo, invece, forme dinamiche di valutazione muscolare.
Comunque dato che le valutazioni isometriche sono test “popolari”, per aumentare le loro attendibilità e validità è raccomandato quanto segue :
• I partecipanti allo studio devono familiare in precedenza con la prestazione da eseguire durante il test.
• Sono eseguite molte prove ripetute , particolarmente se sono richiesti accurati dati di RFD
• Vengono impartite chiare ed appropriate istruzioni .
• Trascurabili pretensioni sono permesse prima del test.
• Il test è eseguito in posizione specifica rispetto alle prestazione che interessa.
• L’angolo che coinvolge la più alta forza di spinta nella prestazione che interessa deve essere usato nel test isometrico. In alternativa dovrebbe essere valutato un numero di angoli articolari diverso.

ISOCINESI
Questa forma di esercizio è stata pensata per essere uno strumento di valutazione della funzionalità e della patologia muscolare. Gli strumenti isocinetici permettono di accertare la forza espressa in un certo ROM di ogni singolo individuo. Alcuni dei vantaggi delle valutazioni e degli esercizi isocinetici sono i seguenti:
• Dare la possibilità di valutare isolatamente distretti muscolari diversi.
• La valutazione di ogni singola articolazione permette un maggior isolamento per diagnosticare meglio problemi specifici rispetto ad un test multi-articolare, e comunque è auspicabile eseguire test isolati per l’identificazione di problematiche specifiche.
• Permette di ottenere una resistenza variabile rispetto alla massima ottenibile durante l’esercizio terapeutico al variare dell’arco di movimento
• Memorizza una serie di dati analitici per una valutazione più dettagliata.
• Permette l’esame dell’espressione della forza muscolare a velocità sub-massimali (40% della velocità max) ottenendo l’arco di movimento desiderato e comunque sono spesso considerati più specifici per la prestazione fisica rispetto alle valutazioni isometriche.
• Permette la costruzione della relazione T/V momento torcente/velocità.
• Permette alta riproducibilità (r=0.82-0.96), dei protocolli usati nei test, se la correzione gravitazionale e la posizione del paziente sono correttamente considerati.
D’altra parte parecchie limitazioni sono collegate con questa peculiare attività muscolare:
• Il movimento isometrico si dimostra non specifico con la normale attività umana; caratterizzata da accelerazione e decelerazione di una massa costante
• I test isocinetici non hanno sempre emesso dati che differenziano accuratamente le prestazioni tra atleti di vario livello di bravura
• La massima velocità permette agli apparecchi isocinetici di raggiungere solo 40% della velocità massima che può essere sviluppata dai muscoli estensori della gamba durante il movimento balistico e il10% della massima velocità ottenuta dalla spalla durante il movimento del “lancio”.
• Gli esercizi si svolgono principalmente in scarico, in posizione di catena cinetica aperta (OKC), anche se oggi giorno molti dinamometri isocinetici possono essere usati in catena cinetica chiusa (CKC)
• L’inadeguatezza del dinamometro isocinetico per determinare incrementi nella prestazione del quadricipite è stata documentata in letteratura.
Questi parametri dovrebbero essere presi seriamente in considerazione dato che i valori isocinetici sono frequentemente usati come criterio per il ritorno alla normale attività funzionale o sportiva.
Sebbene i test isocinetici siano stati impiegati estensivamente, osservazioni recenti si domandano fortemente la reale efficacia di tali valutazioni. Da questo punto di vista nuovi approcci per programmare l’attività sportiva e la riabilitazione sono stati impiegati usando valutazioni iso-inerziali.

TEST ISO-INERZIALE
Da un punto di vista fisiologico e funzionale, i migliori risultati del comportamento muscolare sono quelli ottenuti usando carichi iso-inerziali. Fra questi, dinamometri, che utilizzano masse rotatori inerziali, sono stati costruiti solo per scopi di ricerca e comunque non ce ne sono disponibili in commercio . L’analisi della funzionalità muscolare in condizioni dinamiche è stato solo recentemente provata in relazione ad un carico costante piuttosto che rispetto ad una velocità costante, usando dinamometri che si trovano normalmente in commercio. A questo proposito sono stati utilizzati:
molti apparati, da piattaforme particolari, a speciali slitte costruite specificamente per studiare il ciclo di allungamento/accorciamento muscolare. Un’unità di processo elettronico che può essere usata con delle macchine di misurazione che usano carichi gravitazionali (e.g. presse, pull down ecc.) con resistenza esterna, è stata recentemente sviluppata. Queste apparecchiature (MuscleLab, Langesund, Norvegia) usualmente non disponibili divengono così accessibili in modo significativo, rapido, preciso e permettano di scoprire ed amplificare i processi muscolari interni a livello biologico. Queste informazioni consistente. Usando un encoder il carico spostato in funzione del tempo viene registrato. In più, tutti i parametri che ne derivano possano essere sincronizzati con 4 canali per elettromiografia. Deve essere ricordato che con il MuscleLab è possibile monitorare non solo la crescita o la diminuzione di una massa iso-inerziale, ma anche alcuni movimenti balistici come saltare e lanciare. Questo è ottenuto usando pedane, orologi ecc. Ciò significa che con queste nuove apparecchiature, è possibile misurare, registrare ed analizzare del movimento singolo a quello multiplo. Così che a rotazione potrebbero essere provati tutti vari tipi di contrazione muscolare a) concentrico b) eccentrico, o le loro combinazione, c) eccentrico – concentrico nel cosiddetto ciclo di allungamento – accorciamento (SSC) muscolare. SSC rappresenta in campo gravitazionale lo sforzo fisico più importante. Le attività fisiologiche dei mammiferi secondo Newton sono il movimento, la posizione nello spazio o il mantenimento della postura contro gravità. Quindi può essere supposto che il campo di gravità terreste abbia giocato un ruolo importante nello sviluppo e nelle evoluzioni fatte, l’utilizzo della valutazione con test iso-inerziale rappresenta il modo più naturale di valutazione che possa essere effettuato per analisi delle condizioni fisiologiche e patologiche di un soggetto. In base a questo, è stato notato che il modo più obbiettivo per monitorare l’esercizio si rivela quando viene usato lo stesso regime di valutazione (stessi attrezzi e stessi movimenti) sia per l’esercizio che per effettuare dei test. Deve essere ricordato che con il MuscleLab è possibile monitorare l’attività muscolare in tutto l’arco di relazione tra forza e velocità. Questo perché il sistema permette di valutare il comportamento della prestazione muscolare attraverso l’utilizzo di carichi di lavoro come resistenza esterna, estremamente leggeri o pesanti o vie di mezzo tra le due . Alcuni dei vantaggi delle valutazioni e degli esercizi iso-inerziali che sono stati sostenuti sono i seguenti:
• Dare la possibilità di isolare i gruppi muscolari.
• La valutazione delle singole articolazioni permette di isolare meglio problemi diagnostici specifici rispetto ad un test multi-articolare, e comunque è auspicabile utilizzare test isolati per la identificazione di problemi specifici.
• Da la possibilità di eseguire anche valutazioni multi-articolari.
• Permette le misure degli esercizi SSC.
• Possono essere valutati entrambi i sistemi: CKC e OKC.
• Raccoglie una serie di dati quantificabili per una valutazione analitica
• Permette l’esame della risposta muscolare in tutte la gamma di velocità (1-95% della Vmax) attraverso l’arco di movimento completo. Queste condizioni sono più specifiche per la prestazione fisica umana rispetto alle valutazioni isometriche ed isotoniche.
• Permette di costruire la relazione F/V (forza/velocità) .
• Presenta alta riproducibilità (r = 0.85 – 0.97) dei protocolli di valutazione . La valutazione delle caratteristiche dinamiche usando carichi iso-inerziali presenta poche limitazioni, ammesso che venga utilizzata un’attività muscolare più naturale possibile. Comunque se i soggetti non hanno ben familiarizzato con il test da eseguire ci possono essere alcune difficoltà. In più alcuni svantaggi sono evidenti.
• Il punto di massima resistenza rappresenta il punto debole nell’arco di movimento. Questo punto è determinato dalle caratteristiche biomeccaniche della articolazione. Attualmente queste domande non sono rilevanti sino a che trattiamo una catena cinetica e nella fisica newtoniana l’anello debole della catena determina il punto di forza massima della catena stessa. Per ogni singolo muscolo o gruppo muscolare, nell’arco di movimento c’è una condizione attuale, che permette lo sviluppo del massimo angolo di torsione. Questa condizione è fortemente influenzata dalla lunghezza del muscolo e dal braccio di leva dell’arco dell’articolazione in movimento.

MISURE ISOMETRICHE, ISOCINETICHE E/O ISO-INERZIALI?
La funzione muscolare può essere misurata da vari metodi come l’iso-inerziale, l’isocinetico, il semi-isocinetico e modalità di valutazioni isocinetiche. Allo stesso modo il tipo di attività muscolare (concentrico, eccentrico, isometrico) e la velocità possono variare sulle valutazioni. In più molta confusione risulta se confrontiamo vari metodi di valutazione presentati in letteratura. Il problema è collegato al fatto che la valutazione del comportamento muscolare potrebbe essere o generale o specifico E’ stato visto come l’allenamento della forza e della forza esplosiva abbia avuto specifici effetti nelle strutture biologiche stimolate . Sale e Macdougal hanno puntualizzato che il criterio più importante nel selezionare il tipo di test sia la specificità; hanno suggerito la risposta pertinente alla domanda. La bassa relazione fra i test dinamici ed isometrici , indica che le misure muscolari sono specifiche alle modalità del test piuttosto che alle qualità generali del muscolo stesso. La mancanza di relazione tra differenza in prestazioni dinamiche e valutazioni isometriche, osservata da molti autori , suggerisce che meccanismi diversi possono sottostare al cambiamento di prestazione di queste due misure di forza. Questo sembra indicare che gli adattamenti indotti dall’esercizio velocità – forza siano anche essi specifici. Come conseguenza di questo, valutando ad una certa velocità, o effettuando un test isometrico, possono non essere validi per monitorare gli adattamenti neuromuscolari che sono presenti e indotti attraverso l’esercizio dinamico . Ci sono d’altra parte forti indicazioni che suggeriscono che lo schema di reclutamento di unità motorie del ginocchio a moderate velocità angolari, dipenda dalla velocità, indipendentemente dalla attività,del muscolo coinvolto (movimento isocinetico rispetto al movimento balistico). Infine, potrebbe essere ricordato che l’effetto del pre-strech muscolare non può essere misurato correttamente con apparecchi isocinetici. Questo comportamento muscolare rappresenta lo schema motorio più naturale di locomozione umana e può essere facilmente monitorato con apparecchiature iso-inerziali.

CONSIDERAZIONI NEUROLOGICHE
E stato osservato, che quando un muscolo compie un movimento in un certo ROM ci può essere un reclutamento preferenziale di certe unità motrici a certe posizioni angolari . Lo schema del reclutamento neurologico, osservata l’attività isocinetica del muscolo sembra essere diversa da quella osservata in una contrazione iso – inerziale . Una attivazione molto alta di unità motorie caratterizzava l’inizio dello sforzo muscolare durante una esercitazione di mezzo-squat. Inoltre, come i soggetti eseguivano il movimento, parallelamente veniva osservata una diminuzione dell’attivazione neuromuscolare. Il meccanismo esatto che causava la diminuzione dell’attivazione neuromuscolare non è chiaro. E stato osservato che l’alta tensione richiesta all’inizio del movimento per oltrepassare la forza d’inizio, può innescare alcune inibizioni sull’apparato tendineo del Golgi (GTO) . Comunque nella contrazione isocinetica, i muscoli estensori della gamba mantenevano la stessa magnitudo (grandezza d’onda) nell’attività mio – elettrica lungo l’intero arco di movimento . Questa non è una novità, dato che uno dei vantaggi dell’attività isocinetica sia indicato essere la possibilità di mantenere la massima eccitazione neuro-muscolare per l’intero arco di movimento . Anche se una drastica diminuzione della attività EMG si presentava alla fine del movimento di mezzo-squat, il livello era più alto rispetto all’esercizio isocinetico anche se la resistenza esterna usata era la stessa. Il diverso aspetto strutturale di questi due esercizi potrebbe anche modificare lo schema di reclutamento nervoso. Da che la forza espressa dalla muscolatura può essere affected di conseguenza. Lo squat dinamico è spesso effettuato con le dita dei piedi rivolte leggermente in fuori, mentre il test isocinetico di estensione della gamba è effettuato con le dita dei piedi rivolte in avanti. E stato mostrato in altri gruppi muscolari che una diversa posizione che influenza la linea di spinta modifichi i valori elettromiografici.
L’attività elettromiografica dei muscoli estensori della gamba,registrata negli stessi soggetti,durante una valutazione isocinetica rimane pressoché costante lungo tutto l’arco di movimento;diversamente in una valutazione iso-inerziale l’attività elettromiografica presenta un brusco incremento all’inizio del movimento per poi diminuire durante la fase successiva.

CONSIDERAZIONI MECCANICHE
Molti fattori muscolari caratterizzano il comportamento delle funzioni muscolari durante gli esercizi effettuati con resistenze iso-inerziali ed in condizioni isocinetici. Quindi, la valutazione della capacità lavorativa dei muscoli scheletrici è peculiare per il movimento che viene eseguito e dunque dipende dai test utilizzati.

PRE-STRECH
Con il metodo iso-inerziale è possibile utilizzare l’attività dello schema SSC, mentre con il lavoro isocinetico è quasi impossibile avere un effettivo pre-strech muscolare. Questo è un fattore che differenza fortemente le due valutazioni. La prestazione di una contrazione muscolare eccentrica seguita immediatamente da una azione concentrica è una caratteristica comune del movimento eseguito con gravità. L’uso del SSC accresce la fase concentrica del movimento, risultando di conseguenza un incremento in lavoro e potenza ed aumenta anche l’efficienza del movimento quando confrontato con un movimento simile senza aver effettuato uno strech del muscolo in precedenza. L’aumento in un’azione concentrica, è tipico da attribuire ad un riuso di energia elastica in combinazione con una facilitazione neuromuscolare indotta dallo stretch riflesso. L’effetto del pre-stretch dipende anche dalla lunghezza del tempo di accoppiamento, il quale riflette il periodo di transizione tra la fase eccentrica e concentrica. Se questo periodo è troppo lungo (>100ms) l’accumulo di energia elastica può disperdersi sotto forma calore . In modo analogo la facilitazione indotta dallo stretch riflesso può essere persa con un lungo tempo di accoppiamento. Quindi la lunghezza del periodo di transizione, tra una fase di contrazione muscolare eccentrica ed una concentrica, è di fondamentale importanza per l’efficacia del SSC. Anche se nei dinamometri isocinetici moderni permettano di eseguire esercizi SSC, è piuttosto difficile notare un incremento dell’attività elettromiografica dopo pre-stretch. Infatti è quasi impossibile costruire qualsiasi apparecchio elettro-meccanico che permetta di trasformare il movimento da eccentrico a concentrico in meno di 50-100 ms. Di contro, nel normale movimento il tempo di accoppiamento può essere dell’ordine di 10ms, come succede nella corsa o nel salto. Alla luce di queste considerazioni la validità delle apparecchiature isocinetiche per monitorare il comportamento muscolare, il quale nelle situazioni di vita reale viene quasi esclusivamente eseguito con SSC, deve essere messo in discussione. La forza espressa si dimostra essere sempre fortemente più grande quando sviluppata sotto condizioni di SSC, rispetto a quelle messe in risalto solo con il tipo di contrazione in accorciamento. La curva forza/velocità si sposta a destra quando la contrazione è seguita dall’attività di pre-stretch, come nella corsa o nel salto. Quindi durante attività giornaliere o durante una prestazione balistica l’effetto pre-stretch incrementa la forza emessa in funzione della velocità di accorciamento muscolare.

RELAZIONE TRA FORZA E VELOCITA
L’utilizzo di apparati iso-inerziali e di dinamometri isocinetici, permette di costruire rispettivamente le relazioni forza/velocità (F/V) e momento torcente/velocità (T/V). Entrambe le relazioni rappresentano il più sofisticato mezzo di valutazione diagnostica per evidenziare la funzione muscolare rispetto al test isometrico. Comunque, il comportamento meccanico dei muscoli scheletrici è descritto ed analizzato in modo migliore usando la relazione F/V rispetto a quella T/V. La relazione F/V può essere descritta attraverso la registrazione di molti esercizi eseguiti con carichi diversi, da 3 a 100 misure o più. Di conseguenza, una brusca variazione di velocità può essere raggiunta in risposta a carichi esterni durante il test muscolare di estensione della gamba sulla corsa . Sfortunatamente il dinamometro isocinetico permette solo poche misure, limitando l’arco di velocità da 0.5 a 5 rad/s. Comunque, con le misurazioni iso-inerziali, lo sforzo volontario è modulato dal cambiamento di velocità e forza .
Nel test isocinetico la velocità è già impostata dall’operatore. E’ quindi possibile trovare solo cambiamenti nella produzione del momento torcente. In conclusione con i dinamometri iso-inerziali è possibile analizzare e discriminare le tensioni muscolari sviluppate, contro basse o alte resistenze esterne, mentre con il test isocinetico la misurazione è permesso solo con alte resistenze.

VALUTAZIONE DELLA FORZA MUSCOLARE O TOLLERANZA AL DOLORE
FUNZIONALITA MUSCOLARE O SOGLIA DEL DOLORE

Atleti con vari tipi di infortuni dovrebbero ritornare all’attività velocemente ed in sicurezza con appropriati interventi chirurgici, cure fisiche e riabilitazione. Il programma riabilitativo dovrebbe assicurare le diminuzione dello stato infiammatorio, restituire la normale mobilità, aumentare la forza, e permettere il ritorno all’attività agonistica in sicurezza. Questo può iniziare nella fase pre-operativa e progredire in quella post-operativa attraverso un trattamento programmato e protocolli di intervento supportati da valutazioni funzionali e diagnosi cliniche dell’attività muscolare. Sin dall’ultima fase del programma riabilitativo di un atleta attualmente coinvolto in allenamenti isocinetici, le maggior parte delle valutazioni muscolari sono state effettuate con apparecchiature isocinetiche. Sfortunatamente tali sistemi di valutazione presentano una forte limitazione. La valutazione della massima capacità del momento torcente in entrambi i periodi pre e post-operatorio richiede che il paziente/atleta sviluppi alla fine il 60% della forza massima. Questo si applica anche alla più alta velocità permesse dagli apparecchi isocinetici. Questo alto livello di tensione muscolare non rappresenta il pieno comportamento neuromuscolare, ma è fortemente influenzato dalla soglia del dolore. Quindi durante una valutazione è richiesta una alta forza di lavoro per cui possono occorrere meccanismi di limitazione della tensione espressa. Di conseguenza è possibile che la forza espressa sia il risultato di molti fattori, includenti la sensibilità al dolore, la riduzione di guide neurali, gli effetti del non uso e dell’immobilità dei tessuti muscolo-scheletrici. Si è visto che durante condizioni di carico eccentrico, i recettori cinestesici del tipo del Golgi , terminazioni libere a livello muscolare, recettori cutanei e recettori articolari possono anche partecipare alla rieducazione delle guide neurologiche. . Questo meccanismo di regolazione di tensione dovrebbe contribuire alla limitazione della tensione muscolare ed a preservare l’integrità muscolare non solo durante il lavoro eccentrico, ma anche gli infortuni ed in condizioni post-operative. Questo significa che il reale sforzo massimale e l’espressione di forza massima dipendono della soglia individuale del dolore. Quindi il momento torcente misurato non riflette la reale funzionalità muscolare, ma anche la capacità del paziente di resistere il dolore.

VALUTAZIONE DELLA FUNZIONALITA MUSCOLARE USANDO CARICHI LEGGERI
Alla luce delle osservazioni di cui sopra, la valutazione iso-inerziale che permette la misurazione della funzionalità muscolare che si oppone a carichi di bassa intensità (leggeri), sembra essere il sistema più appropriato di valutazione. Infatti, in entrambe le condizioni pre e post-operative, potrebbe essere possibile misurare la prestazione muscolare usando solo carichi leggeri (e.g. 1-5% della forza massimale). Comunque lo sviluppo di una bassa espressione di forza ad alta velocità può spiegare l’influenza negativa indotta dal subentrare del dolore e dal coinvolgimento dei meccanismi di regolazione di tensione muscolare . Il dinamometro iso-inerziale può essere utilizzato per la valutazione di entrambi i meccanismi CKC e OKC per accertare la forza di un paziente e la prontezza a procedere a più alti livelli funzionali. La valutazione in CKC è stata promessa come più funzionale, appropriata e sicura rispetto alla valutazione in OKC. Ma con il dinamometro a carichi iso-inerziali è possibile verificare misurazioni nel periodo post-operatori (intervento di ricostruzione di Legamento Crociato Anteriore) della funzionalità di gruppi muscolari scheletrici in OKC. A questo riguardo Muscle-Lab è stato usato per accertare e calcolare la potenza sviluppata durante esercizi di estensione della gamba usando una resistenza esterna di soli 5 kg.
La valutazione dell’attività neuro-muscolare ha ricevuto negli ultimi anni un forte incremento attraverso l’evoluzione delle tecniche diagnostiche. Questo è stato permesso delle creazione di nuovi apparati e strumenti che sono stati usati principalmente nel campo della riabilitazione e della medicina sportiva, comunque la valutazione delle funzioni neuromuscolari è ancora lontana dell’essere completa per coprire il grande spettro dei cambiamenti biologici che si verificano dopo un infortunio o un intervento chirurgico. Infatti, c’è un alta percentuale di pazienti che mostra debolezza dei muscoli estensori per un lungo periodo molto probabilmente causato da una alterazione dei propriocettori durante l’intervento chirurgico. Anche se tali problemi sono ben conosciuti c’è una mancanza ed una inadeguatezza tecniche di valutazione specifiche che potrebbero permettere la quantificazione e la valutazione di questa mancanza di propriocettori e funzionare correttamente. In base a questo è stato condotto un’ accertamento pilotato per analizzare la possibilità di trovare e quantificare la capacità funzionale dei propriocettori di un ginocchio operato. A questo proposito una nuova tecnica diagnostica consistente nel monitorare l’attività EMG del muscolo durante l’uso di vibrazioni, è stata applicata per identificare le strategie neurologiche alterate dell’insieme motoneuroni reclutati. In precedenza registrazioni EMG nei bicipiti brachiali di pugili, hanno mostrato un significativo aumento (P<0.001) della attività neurale durante il periodo di trattamento con le vibrazioni, rispetto alle attività normali. Risultati simili sono stati notati monitorando l’attività EMG dei muscoli estensori (mm. Vasto laterale. LL (sinistra) e LR (destra e vasto mediale ML e MR), di un atleta sano durante un periodo di trattamento con le vibrazioni. La facilitazione della eccitabilità dei riflessi spinali è stata estrapolata attraverso le vibrazioni sul muscolo quadricipite . E stata suggerita precedentemente la possibilità che la vibrazione possa tirar fuori l’influsso eccitatorio attraverso i fusi neuromuscolari., connessioni motoneurali alfa. E’stato mostrato che le vibrazioni portano efferenze alle vie dei motoneuroni alfa, producendo forza senza la guida del motoneurone discendente.
In aggiunta, è stato visto che le vibrazioni ridotte attivano i recettori del fuso neuro-muscolare, non solo nel muscolo al quale la vibrazione viene applicata ma anche nei muscoli adiacenti Vibrazioni meccaniche (10-200 Hz) applicate al ventre muscolare o sul tendine possono provocare una contrazione di riflesso. Questo risultato è stato chiamato “riflesso tonico di vibrazione” (TVR). E stato anche detto che in presenza di TVR, la vibrazione indotta probabilmente non implica un comando volontario. E stato suggerito che il meccanismo che contribuisce può essere la vibrazione che induce una inibizione pre-sinaptica e/o uno esaurimento dei neuro-trasmettitori nel gruppo degli eccitatori Ia, che costituiscono la vie afferenti delle fibre gamma . Alla luce delle osservazioni fatte, uno studio pilotato è stato pianificato per introdurre una nuova strategia di valutazione per identificare l’attività muscolare e possibili disfunzioni.

ANALISI EMG E VIBRAZIONE PER LA VALUTAZIONE DELLE FUNZIONI PROPRIOCETTIVE
Per valutare la capacità dei propriocettori di funzionare correttamente molti soggetti che sono stati in precedenza ( almeno un anno prima ) operati su di un arto, sottoposti ad onde sinusoidali verticali attraverso vibrazioni in tutto il corpo per 60 secondi. Durante il trattamento con le vibrazioni l’attività EMG dei muscoli estensori della gamba (mm. Vasto laterale : LL(sinistro) e LR (destro) e vasto mediale ML e MR) erano monitorati simultaneamente sia l’arto operato che quello normale. I soggetti si trovano in posizione di semi-piegamento (angolo del ginocchio 90°) su di una piattaforma a vibrazione (NEMES – Boscosystem), mentre la frequenza di vibrazione era messa intorno a 40 Hz per un periodo di 60 secondi. Quando l’EMG dell’arto operato era comparato con quella dell’arto sano, una attività notevolmente più alta poteva essere osservata nell’arto operato durante il trattamento con le vibrazioni. Un’analisi statistica ha rilevato che l’attività EMG dell’arto operato era significativamente più alta rispetto all’arto controlaterale .
Data la probabilità che durante un intervento chirurgico i recettori propriocettivi possono recidersi, viene comunque suggerito che l’alta attività EMG notata nell’arto operato possa essere causata dalla inappropriata funzionalità dei propriocettori. E probabile che tra le capacità funzionali dei propriocettori, il controllo neurale venga filtrato e modulato dal commando centrale. Se i propriocettori sono recisi durante un intervento chirurgico , questa capacità di filtro del controllo neurale potrebbe comunque essere persa, risultando un’iperattività durante il trattamento con vibrazioni. Sebbene non sia un compito facile trovare una spiegazione appropriata, queste scoperte potrebbero essere utilizzate per determinare la funzionalità dei propriocettori. Questi ritrovamenti suggeriscono che prima che un programma riabilitativo possa essere dichiarato di aver avuto successo, la valutazione della funzionalità muscolare descritta solo dalla valutazione meccanica della forza o dal momento torcente prodotti non è fisiologicamente abbastanza. C’è tutt’ora una inadeguatezza e una mancanza di valutazioni tecniche specifiche che permettono la valutazione del peggioramento dovuto alla inabilità dei propriocettori di funzionare o no correttamente.

NUOVO METODO DIAGNOSTICO PER PREVEDERE INFORTUNI DEI MUSCOLI ISCHIO-CRURALI

Lo stiramento degli ischio-crurali è uno degli infortuni (e recidive) più comuni fra gli atleti. Lo strappo dei muscoli ischio-crurali si verifica durante esercitazione eccentriche, quando il muscolo si trova nella fase di allungamento e sviluppa tensione. Per determinare la relazione di equilibrio tra muscolo ischio-crurale e quadricipite in conseguenza di un infortunio sugli ischio-crurali, viene utilizzato di solito un test di forza isocinetico.Viene generalmente pensato che per prevenire infortuni degli ischio-crurali, il rapporto H/Q (I/Q) stabilito con un apparecchio isocinetico non dovrebbe essere minore del 60%. Sfortunatamente questa è solo una scarsa valutazione per predire possibili infortuni degli ischio-crurali. Infatti la forza valutata attraverso prestazioni eseguite in apparecchi che permettono di lavorare a velocità costante operanti a basse velocità (3-4 rad/s) non può essere comperato con la forza sviluppata durante il lavoro eccentrico a velocità estremamente alta. In queste condizioni è stato notato che il test di valutazione isocinetica non può prevedere eventuali infortuni dei mm ischiocrurali negli atleti.
Alla luce delle osservazioni fatte sopra è stato introdotto un nuovo test funzionale che permette di valutare la funzionalità dei muscoli estensori durante attività balistiche come un salto verticale. Durante l’esercitazione di un salto verticale partendo dalle posizioni di mezzo-squat, è stata documentata la cocontrazione di ischio-crurali e quadricipiti e spiegata attraverso un’ipotesi di co-contrazione. Questa ipotesi favorisce una forza di stabilizzazione al ginocchio producendo una forza posteriore diretta sulla tibia a contrastare la forza anteriore prodotta dal quadricipite. Attività elettromiografiche sono state registrate dagli ischio-crurali di dx e sx (HR,HL) e dal retto femorale sx (RFL), per determinare gli schemi di reclutamento notato dei muscoli estensori e flessori della gamba. Nella è presentato un esempio di una velocista femminile, dimostrante che entrambi RFL e HL erano fortemente sollecitati durante la spinta verticale (nello studio analitico della corsa) mentre gli HR dimostravano solo una moderata attività alla fine della spinta. L’alta attività notata nei HL era associata con un precedente infortunio agli ischio-crurali. D’altre parte gli HR mostravano un basso livello di attività. Questo riflette la bassa domanda di forza posta dei muscoli ischio-crurali per contrastare la forza di taglio anteriore che agisce sulla forza prossimale della tibia. Queste alterate strategie neurali riflettono cambiamenti negli input neurali stessi verso il pool di motoneuroni che sarà reclutato nel generare uno specifico lavoro motorio. Per provare a determinare possibili disfunzioni è stata comparata l’attività EMGrms di Q con H. I risultati preliminari rivelano che quando il rapporto EMGrms Q/H è più alto di 1, nessun problema è stato notato sugli ischio-crurali. D’altre parte se il rapporto era più basso di 1, alcuni sintomi di infortuni sugli ischio-crurali sono stati notati sugli atleti. Procedure simili sono state suggerite recentemente per accertare disfunzioni muscolari.

IL MUSCLE-LAB
Lo strumento con il quale abbiamo condotto la nostra indagine è un moderno ed innovativo apparecchio, chiamato Muscle-Lab,costruito in Italia,utile sia in ambito sportivo che in quello riabilitativo.
Il Muscle-Lab è uno strumento di valutazione funzionale,facile da usare,capace di rilevare ed amplificare i processi biologici che avvengono durante una contrazione muscolare sia di natura dinamica,isometrica,concentrica,eccentrica.
Il sistema è composto da un microprocessore,un software dedicato per PC ed una vasta varietà di sensori e strumenti di misura.Il sistema operativo è molto semplice,consiste nel connettere l’encoder del Muscle-Lab a qualsiasi macchina di muscolazione che usa come resistenza esterna la forza di gravità(leg extensor,leg press,Ercolina,ecc.) o addirittura può essere collegato direttamente ad una qualsiasi parte del corpo umano che si vuole analizzare attraverso l’esecuzione dell’esercizio fisico.

Nel caso in cui si desiderino informazioni fisiologiche più specifiche,possono essere usati due elettrogoniometri,un accelerometro, quattro canali di EMGrms con pre-amplificatori due sensori di forza(strain-gauge),un sensore a conduttanza o a luce infrarossa con la possibilità di combinarli nel modo desiderato.
Il Muscle-Lab consente di misurare le capacità di forza,di registrare l’attività elettromiografica,di calcolare la curva forza/velocità. Possiede il test di Bosco per la valutazione dei muscoli estensori dell’arto inferiore durante una serie di salti;il test può essere articolato in varie forme:balzi con partenza da fermo(SJ),con il contromovimento(CMJ),salti in basso(DJ),una serie di salti(5/6)che possono essere eseguiti sia a ginocchia piegate che tese(Bosco-Vittori test).Grazie a tutte queste combinazioni e attraverso una serie di formule è possibile calcolare la forza reattiva e la resistenza alla forza veloce.Inoltre questo strumento permette di valutare tanti altri parametri particolarmente importanti in contesti valutativi di un soggetto durante la riabilitazione;conoscere la forza la resistenza di un paziente,e ancora,la velocità di reazione e quella di contrazione dei suoi muscoli,la sincronizzazione nel reclutamento delle unità motorie,è un patrimonio prezioso nella programmazione,nella gestione e nel controllo dei vari esercizi terapeutici che nel loro complesso costituiscono il processo riabilitativo.
Il Muscle-Lab si rivela uno strumento molto utile nella registrazione e nelle valutazione delle funzioni muscolari.La novità proposta da questo oggetto è rivoluzionaria in quanto offre la possibilità di valutare l’esercizio terapeutico nella naturalità del movimento:durante una contrazione concentrica eccentrica o in un movimento eseguito con il pre-striramento.
L’obiettivo principale di ogni paziente in riabilitazione è quello ripristinare quanto prima il proprio stato di salute;il Muscle-Lab ci mostra un quadro molto vasto e al tempo stesso dettagliato delle condizioni fisiche del paziente,un’analisi accurata dei dati consente di ottimizzare l’esercizio terapeutico attraverso programmi individualizzati nelle modalità e personalizzati nei carichi di lavoro;per conseguire questo obiettivo vengono utilizzati sistemi ed esercitazioni a feedback specifici e guidati.
Eseguendo ripetute valutazione in un breve lasso di tempo si può riscontrare la reale ed effettiva validità dell’intervento riabilitativo,i dati ottenuti sono registrati e consultabili in ogni momento. I test sono dei buoni indicatori delle capacità che il soggetto possiede nel momento; una valutazione funzionale proposta con una programmata pianificazione induce l’individuo ad applicarsi con maggiore impegno per conseguire gli obiettivi posti.
In ambito fisiatrico e riabilitativo vengono sovente mosse critiche sulla carenza di metodi di accertamento e documentazione dell’efficacia dei protocolli proposti. La carenza d’informazioni spesso è dovuta alla difficoltà di reclutamento di risorse economiche per garantirsi le prestazioni di queste sofisticate ma care attrezzature.
Di conseguenza in molte occasioni il giudizio in merito alla bontà del trattamento è affidato direttamente alle sensazioni soggettive del paziente.
Si sta facendo strada sempre con maggiore insistenza il concetto scientifico delle valutazioni e del controllo dei risultati ottenuti;numerose sono le istituzioni scientifiche,lo sport professionistico e i centri più moderni ed all’avanguardia che si stanno dirigendo in questa direzione.
Normalmente quando viene introdotta una nuova tecnica di indagine o una strumentazione,il primo requisito da osservare è quello di fornire informazioni sull’affidabilità e riproducibilità del rilevamento e sulla taratura dell’errore dello strumento. Purtroppo spesso la ditta produttrice non tutto fornisce tutte queste indicazioni e neanche vengono richieste da chi acquista e utilizza gli strumenti.
Pertanto si possono riscontrare in letteratura dati acquisiti con l’utilizzo di una strumentazione non corretta. Logicamente ciò è imputabile sia a chi costruisce lo strumento sia a chi lo usa. A tale scopo si vuole ricordare che i dati presentati in questo lavoro sono stati raccolti con l’utilizzo di un’apparecchiatura che presenta una riproducibilità che varia dall’88% al 95%.
Occorre,inoltre ricordare chela nuova metodologia di indagine offre possibilità diagnostiche sinora impensabili;infatti tali capacità di valutazione rivoluzionano l’approccio tenuto fino ad ora e propongono nuove strategie di lavoro.
In particolare, prendendo come esempio la ricostruzione del crociato anteriore, si riscontrano i maggiori vantaggi in ambito riabilitativo sia nel pre-operatorio che nel post-operatorio:le vecchie metodiche di indagine permettono di essere valide solo dopo due o tre mesi dall’intervento,adesso questo nuovo sistema consente un anticipo sostanziale dei tempi consentendo una valutazione a soli 15 giorni dal trapianto. Tutto questo è possibile perché l’esecuzione del test non richiede l’utilizzo di carichi che inducono ad uno sforzo massimo.Sappiamo che far realizzare, ad un paziente operato, una prestazione in cui si richiede il massimo sforzo dopo tre mesi non da la possibilità, dal punto di vista fisiologico, di poter esprimere le proprie capacità fisiche e neuromuscolari. Infatti,molti altri fattori perturberebbero lo sviluppo della massima tensione che la struttura morfologica e neurogena potrebbero fisiologicamente realizzare. La nuova metodologia prevede invece la concretizzazione di un esercizio nel quale si esprime la massima velocità contro una bassissima resistenza. Il carico usato per effettuare questo test risulta pari al 1-5% del carico sovramassimale. La novità concettuale consiste nell’acquisire informazioni sulla velocità di contrazione, sulla potenza sviluppata oltre che sull’attività elettromiografica. Di conseguenza vengono eliminate le inibizioni da dolore e tecnicamente si possono realizzare tutte le prove funzionali poiché la tensione prodotta con carichi bassissimi non innesca stimoli inibitori.
Questo procedimento diagnostico,semplice in apparenza,permette con incredibile efficacia la valutazione ed il confronto di prestazioni che non devono identificarsi solo nella massima espressione di forza,ma devono consentire una diagnosi del comportamento neuromuscolare senza che questo venga perturbato da fattori esterni ai processi intrinseci coinvolti.

MODALITA’ E PROCEDURE NELL’INDAGINE SVOLTA

Nel corso di questo breve lavoro sono emersi i vantaggi che possiamo trarre con l’utilizzo dei test isoinerziali. Abbiamo così convenuto che sarebbe stato interessante vedere cosa succede se applichiamo questa metodologia diagnostica nella riabilitazione. La curiosità più marcata era quella di capire come potersi avvalere delle valutazioni eseguite tramite lo sfruttamento delle qualità tipiche del Muscle-Lab. La nostra ricerca, basata sui più recenti studi in materia di valutazioni funzionali, ci ha suggerito di andare ad indagare come variano i valori delle risposte elettromiografiche di alcuni gruppi muscolari in seguito ad interventi chirurgici. La nostra casistica più frequente ci ha indotto a scegliere come oggetto del nostro studio pazienti che hanno subito la ricostruzione del legamento crociato anteriore, una patologia sicuramente sviscerata in molti aspetti ma ancora non esplorata secondo le modalità consentite dal nostro mezzo di indagine. Oltre alla casistica favorevole, per l’ampia disponibilità di numeri, riteniamo di primaria importanza, per la scelta dell’oggetto di studio, gli aspetti funzionali proposti da questo tipo di intervento. Risulta, inoltre, abbastanza agevole, una volta acquisita una certa confidenza con l’attrezzo, andare ad indagare le qualità elettromiografiche del complesso muscolare del quadricipite femorale; essendo questo muscolo sufficientemente grande ci ha permesso di individuare con relativa facilità le zone più adatte al rilevamento elettromiografico.
La nostra idea è quella di verificare se le valutazioni funzionali che faremo potranno portare dei vantaggi nella stesura di un nuovo protocollo riabilitativo; l’intuizione nasce dalla possibilità di anticipare sostanzialmente i tempi di indagine e di conseguenza di adattare le strategie di rieducazione: grazie alle qualità del test isoinerziale è possibile eseguire una valutazione funzionale con il Musle-Lab già solo 15 giorni dopo l’intervento operatorio.
Vogliamo cercare di comprendere se esiste una relazione tra i valori dell’attività elettrica del muscolo, la forza muscolare e le capacità propriocettive.
La nostra ipotesi è che un muscolo appartenente ad un arto operato di ricostruzione di crociato anteriore, manifesti, oltre a dei valori di forza comprensibilmente inferiori a quelli del controlaterale, dei valori elettromiografici più elevati sempre rispetto al controlaterale.
Riteniamo che tali valori vadano attribuiti ad una inefficienza muscolare che si manifesta in un ritardo di conduzione dello stimolo nervoso, innescando un meccanismo a causa del quale è necessario un impulso nervoso maggiore per produrre una risposta motoria.
Un altro aspetto interessante che potremo mettere sotto osservazione è il comportamento muscolare analizzato attraverso l’elettromiografia durante una contrazione isotonica con sforzo sub massimale e confrontarlo con un movimento balistico.
Nello specifico del nostro caso siamo andati a vedere come si comportano i valori elettromiografici nei quadricipiti femorali di un soggetto dopo ricostruzione di legamento crociato anteriore, attraverso due rilevamenti effettuati a livello del vasto mediale obliquo e del vasto laterale.
La strategia di indagine adottata prevedeva l’analisi elettromiografica eseguita durante la risoluzione di due compiti motori ben precisi: il primo prevedeva l’esecuzione di una estensione della gamba sulla coscia con un carico prestabilito su una normale macchina isotonica (leg-extension) collegata tramite un encoder al Muscle-Lab; il secondo compito motorio assegnato al soggetto era l’esecuzione di un esercizio di potenziamento muscolare realizzato su una pedana a vibrazione; per maggior chiarezza ricordiamo che i due esercizi sono stati eseguiti sotto monitoraggio elettromiografico.
I soggetti sottoposti al test sono stati preparati prima di eseguire la prova in modo che la prova stessa risultasse effettivamente valida e non viziata da interpretazioni “personalizzate”del compito motorio da svolgere. Nel caso in cui tale esecuzione non sia stata conforme alle indicazioni date non è stata considerata ai fini della statistica; nonostante la semplicità dell’esercizio abbiamo riscontrato due pazienti con evidenti difficoltà di esecuzione dovuta, presumibilmente, a fattori emozionali: essi si sentivano sotto esame e manifestavano un elevato valore elettromiografico associato ad un marcato stato di ansia; persino a riposo causato da forte tensione emotiva.
A parte questi due episodi non sono stati riscontrate particolari difficoltà nel comprendere e nell’eseguire la prova. Oltre alla semplicità del test va ricordato che anche il tipo di campione era particolarmente idoneo essendo costituito da giovani di età compresa tra i 18 ed i 40 anni, una buona percentuale dei quali risulta praticante attività sportiva di buon livello.
Tutte queste caratteristiche del test e dei suoi esecutori confermano l’affidabilità della prova in quanto oggettivamente ripetibile.
Descriveremo, adesso, brevemente, le modalità del monitoraggio.
A tutti i soggetti testati sono state fornite tutte le informazioni possibili sul lavoro che stavamo facendo e solo con il loro assenso abbiamo proseguito: la stragrande maggioranza ha manifestato disponibilità e collaborazione ed entusiasmo dando un contributo positivo alla ricerca.
Nella pratica abbiamo intrapreso il seguente iter:
• raccolta dati personali
• spiegazione del test
• collocamento elettrodi
• messa in azione
• stretching
• collegamento al Muscle-Lab
• calibrazione
• esecuzione prima prova
• esecuzione seconda prova
• controllo
Raccolta dati personali: ai fini statistici abbiamo stilato una scheda personale per ogni paziente contenente le informazioni relative all’età, al peso, all’altezza, al sesso, alla lateralità del ginocchio operato, al chirurgo, alla data dell’intervento, alla tecnica usata.
Spiegazione del test: per facilitare e semplificare lo svolgimento della prova abbiamo cercato di fornire il maggior numero possibile di informazioni e suggerimenti talvolta anche per mezzo di una simulazione dell’operatore.
Collocamento elettrodi: i punti sui quali abbiamo compiuto il rilevamento sono i due vasti mediali obliqui ed i due vasti laterali dei quadricipite femorali; la nostra tecnica di monitoraggio si è avvalsa di cavetti muniti di tre sensori (elettrodi di superficie) due dei quali venivano posti sul ventre muscolare (il vmo a circa 3 cm dal margine superiore della rotula, il vl a circa 5 cm dal margine superiore della rotula);l’applicazione degli elettrodi avveniva solo dopo verifica di assenza di peli e previa pulizia della cute.
Messa in azione: a questo punto il soggetto veniva invitato ad eseguire un’azione di riscaldamento, che si concretizzava quasi sempre con 10’ di cyclette, per preparare il muscolo all’esercitazione.
Stretching: per concludere la preparazione muscolare al lavoro che il paziente avrebbe svolto successivamente proponevamo l’allungamento dei muscoli flessori ed estensori delle gambe secondo la seguente modalità: 30” ripetuti 3 volte per ogni gruppo muscolare.
Collegamento al Muscle-Lab: il soggetto viene adesso posizionato su una leg-extension (macchina isotonica) e collegato al nostro strumento di indagine tramite la giunzione cavetto sensori.
Calibrazione: è un processo mediante il quale viene registrata l’attività elettrica dei muscoli presi in esame durante una contrazione isometrica su leg-extension con un carico di 20 kg eseguita bilateralmente.
Esecuzione prima prova: essa consiste nel produrre una estensione della gamba sulla coscia con un carico di 20 kg utilizzando entrambe le gambe e cercando di esprimere la maggior potenza. Si eseguono tre prove valide. Dimezziamo il carico e passiamo a lavorare con una gamba alla volta iniziando dall’arto sano ed eseguiamo tre prove valide per ogni arto. Questa prova ci permette di valutare la potenza espressa sia nelle prove monolaterali che in quelle bilaterali e al tempo stesso possiamo conoscere momento per momento il comportamento elettromiografico dei muscoli presi in esame.
Esecuzione seconda prova: facciamo trasferire il paziente sulla pedana a vibrazione e gli facciamo assumere la posizione di 1/3 di squat che dovrà mantenere per tutta la durata della prova che si articola in fasi:nella prima fase si registra l’attività elettrica del muscolo senza applicare la vibrazione per un tempo di 10”; dopodiché si aziona la pedana a vibrazione per 40”(seconda fase) sempre registrando l’attività elettromiografica; la terza fase ripete la prima. In questa esercitazione vengono valutati i livelli di attività elettromiografica in ogni istante della prova ed appare subito ben visibile quanto siano diversi durante le tre fasi.
Controllo: il test è stato terminato controlliamo che non ci siano stati errori operativi e possiamo liberare il nostro paziente dagli elettrodi.
A questo punto i dati in possesso rimangono registrati e sono pronti per prendere parte alla statistica ed all’analisi.
Quando abbiamo iniziato pensare a questo lavoro ci era balenata alla mente l’idea di porre attenzione anche ad un altro aspetto relativo alle tecniche chirurgiche usate;sarebbe stato stimolante poter osservare se, ed eventualmente in che modo, variano i comportamenti muscolari all’analisi elettromiografica in soggetti operati di ricostruzione del legamento crociato anteriore in due gruppi distinti per il tipo di tessuto utilizzato per ricostruire il nuovo legamento.
Purtroppo i numeri della nostra casistica non ci hanno consentito questo tipo di osservazione in quanto siamo riusciti a monitorare un numero estremamente basso di pazienti operati con il trapianto del gracile e semitendinoso.
Continueremo il monitoraggio con la speranza di poter in futuro andare a sviscerare anche questi aspetti.

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

Arrivati a questo punto abbiamo iniziato a dare un senso al lavoro svolto.
I dati acquisiti sono stati inseriti in griglie e tabelle (V. Appendice 1) costruite in modo tale che siano facilmente intuibili analogie e difformità e differenze relative alle varie strategie utilizzate.
Gli aspetti più evidenti che sono emersi hanno portato alle seguenti considerazioni: il comportamento muscolare durante una contrazione isotonica realizzata con uno sforzo submassimale, confrontandolo con il movimento balistico ha evidenziato un modello di reclutamento completamente diverso nei due casi delle varie unità motorie presenti nei gruppi muscolari presi in esame.
Pertanto le prove da sforzo che prevedono la stessa entità di forza espressa con modalità diverse (isometrica, dinamica, balistica) mostrano un pattern di reclutamento completamente diverso.
Mentre nella contrazione statica, la forza viene garantita dal reclutamento prevalente delle fibre lente in quella balistica sono le fibre veloci ad essere massicciamente reclutate. Questo è solo un esempio di come il sistema nervoso adotti strategie e metodi più redditizi ed efficienti affinché vengano utilizzate nel modo più idoneo le caratteristiche peculiari e specifiche di ogni struttura funzionale predisposta al comportamento neuromuscolare.
Alla luce di queste osservazioni, occorre prestare molta attenzione prima di utilizzare un metodo di valutazione che possa permettere di fornire indicazioni utili ed efficienti relativamente al fenomeno che si vuol indagare.
A questo proposito si può azzardare l’ipotesi che l’utilizzazione del rilevamento della forza statica non risulti di grande aiuto nella valutazione delle caratteristiche dinamiche del muscolo. Inoltre la sola conoscenza del comportamento funzionale della contrazione muscolare in forma statica non assicura nessuna del funzionamento durante il movimento naturale che si manifesta in forma dinamica e contro gravità.
I valori dell’attività elettromiografica registrati durante l’attivazione isometrica dei muscoli estensori delle gambe con carichi progressivi hanno prodotto risultati che suggeriscono l’incremento progressivo dell’attività elettromiografica. Questo fenomeno si spiega con il susseguirsi del reclutamento delle diverse fibre muscolari durante attivazioni isometriche o isotoniche eseguite in forma graduale: inizialmente con carichi leggeri le prime fibre interessate sono le fibre lente, seguite poi da quelle più veloci: le Fta e le FTb.
Nelle contrazioni isometriche con carichi simili alla resistenza massima, nonostante avvenga il reclutamento della quasi totalità delle fibre muscolari appartenenti a quel distretto, la frequenza di stimolo delle varie unità motorie non raggiunge sollecitazioni molto intense. Infatti,la frequenza degli stimoli nervosi che muovono dall’area 4 del cervello e si propagano attraverso i motoneuroni nei muscoli,oltre che dall’entità della resistenza esterna, è condizionata dal coinvolgimento delle fibre veloci, caratterizzate da una elevata capacità di attivazione a frequenze altissime e potenziali d’azione elevati.
Nelle contrazioni isotoniche esistono due possibili tipi di attivazione: una prevede l’attivazione eseguita volontariamente con uno sforzo submassimale, l’altra con sforzo massimale. L’attività elettromiografica risulta fortemente condizionata dall’intensità d utilizzo volontario della forza e della velocità di contrazione. Durante uno sforzo submassimale nel sollevamento di un carico si è raggiunta una velocità pari al 60% di quella relativa allo sforzo massimale. L’attività elettromiografica registrata è risultata, nello sforzo submassimale, circa il 70% di quella relativa alla massima prova isometrica.
Durante l’attivazione submassimale sinora un progressivo aumento dell’intensità elettromiografica in funzione dell’incremento dei carichi. Quando si producono tensioni volontariamente modulate con attivazione submassimale, senza coinvolgere tutte le unità motorie disponibili, diamo la possibilità alle varie unità motorie precedentemente sollecitate di de-attivarsi e quindi essere sostituite da unità motorie fresche. Questo meccanismo a “rotazione”consente un ricambio sempre disponibile molto utile per sostenere ulteriori sforzi nella fase finale del lavoro.
Diversamente invece, nelle contrazioni massimali eseguite in forma isotonica si nota un progressivo aumento dell’attività elettromiografica che si manifesta parallelamente all’incremento di forza fino a carichi pari al 50-60 %della resistenza massima. Oltre questi livelli di tensione si riscontra un appiattimento dei valori elettromiografici. Per cui si evince che già con carichi tra il 50-60% della resistenza massima si concretizza l’utilizzo delle unità motorie disponibili. Una volta reclutate tutte le unità motorie, ulteriori aumenti di tensioni possono essere sostenuti solo incrementando la frequenza di stimolo. In questo caso le varie unità motorie verrebbero sollecitate con frequenza altissime e quindi i fattori limitanti la fatica non avrebbero solamente origini metaboliche ma anche biofisiche e neurogene.
Infatti, l’attività elettromiografica registrata con il 78% della resistenza massima, mostra una netta differenziazione a seconda del tipo di sforzo sostenuto. Nel submassimale l’entità dell’elettromiografia arriva all’80% del livello superiore riferito al 91% della resistenza massima con la capacità di ripetere l’esecuzione per 6-8 volte; nello sforzo massimale si può andare oltre il 120% limitando il numero di ripetizioni ad un massimo di 5. La rotazione nell’utilizzo delle fibre durante uno sforzo submassimale garantisce il congruo numero delle ripetizioni: inizialmente verrebbero interessate le fibre lente e poi in un secondo momento quelle veloci. Tipico esempio si manifesta nelle esercitazioni di resistenza alla forza veloce. Il mantenimento di elevati standards di potenza è sostenuto in partenza dalle fibre lente e dalle FTa che poi durante vengono sostituite dalle FTb.
Il grafico dell’attivazione elettromiografica presenta un incremento dopo un certo numero di ripetizioni al momento del reclutamento delle fibre veloci, in possesso di un elevato potenziale d’azione.
Durante prestazioni eseguite con carichi elevati (80% di RM) realizzati con contrazioni volontarie massimali, all’inizio delle ripetizioni vengono sollecitate tutte le unità motorie disponibili; poi proseguendo con le ripetizioni le fibre veloci non essendo molto resistenti alla fatica, diventano rapidamente esauste e la fase successiva del lavoro viene assicurata dal massiccio reclutamento delle fibre lente con un graduale decremento della potenza sviluppata e dell’attività eletrromiografica.
Un’attivazione muscolare completamente diversa si manifesta durante l’esecuzione di un movimento balistico: a parità di carico, l’attività elettromiografica passa da valori del 40% in contrazione isometrica , a valori che raggiungono il 70% nella contrazione dinamica, realizzata con sforzo submassimale, per poi superare il 100% nello sforzo dinamico massimale e giungere al 150% nel movimento balistico. Osserviamo che nel movimento balistico una così elevata attività elettromiografica è dovuta al massiccio reclutamento di unità motorie fasiche che possiedono un potenziale d’azione più ampio delle unità motorie toniche.

Tesi di laurea in: SCIENZE MOTORIE (Anno Accademico 2000-2001)
Relatore: Prof. Mauro Alianti
Presentata da: Fabio Barducci

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