TUDOMÁNYOS CIKKEK
A váll belső és külső rotációs gyakorlatok progressziójának mechanikai kritériumai a szagittális síkban
Toledo JM; Ribeiro DC; Loss JF
School of Physical Education, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS – Brazil
Correspondence to
ABSTRACT
Introduction: A nyomaték- és erőtermelési kapacitás és a nyomatékkarok mintázatának ismerete a mozgás során, valamint ezek hatása a termelt nyomatékra elengedhetetlen az emberi mozgás megértéséhez, és nagy hasznát vehetjük az izom-ín szerkezetre ható túlterhelés szabályozásának. Célkitűzés: A váll belső rotációs (IR) és külső rotációs (ER) gyakorlatok progressziójának mechanikai kritériumainak bemutatása a sagittalis síkban. Módszer: Hat személyt vizsgáltunk izokinetikus dinamométerrel és elektrogoniométerrel. Az összegyűjtött adatokból a SAD32 és a Matlab® szoftver segítségével kiszámítottuk az átlagos nyomatékot, az átlagos eredő erőt és a súlyozott átlagos nyomatékkart. Eredmények: Az ER- és IR-nyomaték csúcsértékének szöge -34º és 6º volt, 43 Nm, illetve 69 Nm értékkel. Az ER és IR izomerő csúcsai 35º-nál és -14º-nál voltak, és az értékek ezekben a szögekben 10227 N, illetve 8464 N voltak. Az ER súlyozott átlagos nyomatékkarja a teljes mozgástartomány (ROM) alatt növekvő mintázatot mutatott, és a csúcs a ROM végén, azaz -50º-nál (0,91 cm) volt. Az IR súlyozott átlagos nyomatékkarja majdnem állandó volt, a csúcspontja 50º-nál volt (0,96 cm). Következtetés: A váll belső és külső rotációs gyakorlatok progressziójának mechanikai kritériumai a nyomaték, az erő és a súlyozott átlagos nyomatékkar, mivel az izom-ín szerkezetre különböző túlterheléseket lehet okozni a ROM során a mintázatuknak megfelelően.
Kulcsszavak: váll, gyakorlat, rotáció, rehabilitáció.
BEVEZETÉS
A vállízület rehabilitációja nemcsak az anatómiai és funkcionális integritást magában foglaló komplex funkciója miatt lehet nehéz, hanem az olyan struktúrák, mint a lapocka fiziológiai és biomechanikai hozzájárulása miatt is1,2 . Általánosságban elmondható, hogy a váll rehabilitációs programjai a legtöbb esetben a sérülés típusának és az elvégzett műtéti eljárásnak megfelelően progresszív terhelésű és intenzitású gyakorlatokat alkalmaznak1,2,3. Bár ezek a jellemzők meghatározóak a gyakorlatok progressziója szempontjából, az ízület mechanikájának ismerete alapvető fontosságú a gyakorlatok megfelelő kiválasztásához3.
Az ízületi mozgások az egyik szegmensnek a másikhoz viszonyított rotációjának következményei. Egy alkalmazott erőnek ezt a forgási hatását nyomatéknak vagy nyomatéknak nevezzük. Az izom által az ízületre kifejtett nyomatékot az ízület nyomatékkar-tartománya vagy az ízület erőtermelési képessége befolyásolja4,5,6.
A nyomatékkar (merőleges távolság) az izom hatásvonala és az ízület forgáspontja közötti legkisebb távolság4,7,8,9. A momentumkar nagysága az izom mechanikai előnyét jelenti egy ízületben, és mérése segíthet az izom működésének megértésében5.
Az izom összehúzódás közbeni erőtermelési képessége az egyik olyan mechanikai tulajdonság, amelyet a vizsgálatokban a legtöbbet írtak le, mivel ez biztosítja a testtartás fenntartásához és a mozgások megkezdéséhez szükséges erőt10. Az erőtermelési kapacitás több tényezőtől függ, mint például a hossz-feszültség viszony, az erő-sebesség viszony és a rostrekrutáció (térbeli és időbeli összegzés). Állandó sebességű maximális összehúzódások esetén azonban az izom erőtermelési kapacitása az izom hosszától függ, és ez a “függőség” közvetlenül a szarkomer hossz-feszültség viszonyára vonatkozik11. Ez a kapcsolat a csúszószál-elmélettel12,13 és a kereszthíd-elmélettel14,15 magyarázható. A csúszószál-elmélet feltételezi, hogy a szarkomer, a rostok és az izom hosszának változását az aktin- és miozin-miofilamentumoknak a szarkomer belsejében a kereszthidakról történő csúszása okozza. Ezért az izom által termelt maximális erő olyan szarkomerhossznál fog fellépni, ahol az aktin és a miozin közötti szuperpozíció a legnagyobb számú kereszthidat teszi lehetővé12,13,14,15.
A nyomaték- és erőtermelési kapacitás, valamint a mozgás során kialakuló nyomatékkar és ezek hatása a kialakuló nyomatékviselkedésre alapvető fontosságú az emberi mozgás megértéséhez, és nagy hasznát vehetjük az izom-ín szerkezetre ható túlterhelés szabályozásának, valamint a rehabilitációs programban a mozgásfejlődés jobb megtervezésének16,17,18 szempontjából.
Ez a tanulmány célja az volt, hogy mechanikai kritériumokat mutasson be a váll belső rotációs (IR) és külső rotációs (ER) gyakorlatok progressziójára vonatkozóan, amikor azokat szagittális síkban végzik.
MÓDSZEREK ÉS MÓDSZEREK
Ezt a vizsgálatot az IPA Metodista Egyetemi Központ Etikai Bizottsága jóváhagyta (regisztrációs szám: 1211), és minden résztvevő aláírta a szabad és tájékozott beleegyező nyilatkozatot.
A minta hat férfi személyből állt, akik életkora 22 és 32 év között volt (átlag: 25,1 ± 4,0), testmagasságuk 167 és 192 cm között (átlag: 182,6 ± 9,8), és rendszeresen végeztek fizikai tevékenységet (legalább hetente kétszer). A mintában szereplő összes személy részt vett a vizsgálat valamennyi szakaszában. A vizsgált váll a jobb váll volt (domináns végtag), és egyik személynek sem volt sérülése vagy működési zavara a vizsgált vállban.
Az adatgyűjtés a maximális ER és IR nyomaték méréséből állt, amelyet 60º/sec sebességgel a sagittalis síkban produkáltak. Ehhez izokinetikus dinamométert használtak (Cybex Norm modell, Dataq Instruments, Inc., Ohio, Egyesült Államok). Az ízületi pozíciók nagyobb pontosságú rögzítése céljából egy elektrogoniométert használtak (XM 180 modell, Biometrics Ltd (Cwmfelinfach, Gwent, Egyesült Királyság), amelyet az izokinetikus dinamométerrel együtt adaptáltak. Az izokinetikus dinamométert és az elektrogoniométert egy 16 csatornás analóg-digitális átalakító segítségével egy Pentium III 650 MHz-es mikroszámítógéphez csatlakoztatták. Az adatok feldolgozásához a SAD32 szoftvert (a Rio Grande do Sul-i Szövetségi Egyetem Mechanikai Mérések Laboratóriuma által kifejlesztett adatgyűjtő rendszer) és a MATLAB 7.0® szoftvert (MathWorks Inc, Massachusetts, Egyesült Államok) használták.
A gyűjtési eljárásokat öt fázisra osztották: előkészítés, pozicionálás, kalibrálás, a vizsgálat megismertetése és a tesztelés.
Előkészítés: bemelegítés és a jobb kar nyújtása.
A személyek elhelyezése: dorzális dekubitus, a jobb kar 90º-os abdukcióban és a könyök 90º-ban behajlítva.
Kalibrálás: az ER és IR mozgástartományokat (ROM) annak a maximális ROM-nak megfelelően határoztuk meg, amelynél az egyén képes volt a maximális nyomaték előállítására. Az elektrogoniométeren a nulla forgási szöget a semleges forgási helyzetnek megfelelő szögként állapították meg.
Egyeztetés: az ER és IR szubmaximális koncentrikus kontrakciók három ismétlését végeztük el.
Teszt: az ER és IR maximális koncentrikus összehúzódások öt ismétlését végeztük 60º/sec szögsebességgel19.
A keletkezett nyomaték és a szög adatait aluláteresztő harmadrendű Butterworth digitális szűrővel szűrtük, a szögadatok esetében 3 Hz-es, a nyomatékadatok esetében pedig 10 Hz-es frekvenciahatárral. A jelszűrés után az öt ismétlés átlagát számoltuk ki. A szöghelyzeteknél alkalmazott konvenció az volt, hogy az ER negatív értékeket, az IR pedig pozitív értékeket kapott8.
Az ER és IR nyomatékértékekből a külső és belső elfordulás által kifejtett eredő erő nagyságát a nyomaték és az erő kifejtésének nyomatékkarja közötti arányon keresztül lehetett megbecsülni. Mivel sok izom képes ER vagy IR végrehajtásra, egyszerűsítést végeztünk, hogy meghatározható legyen az (1) egyenlet:
T = dp x Fm (1)
amelyben: T = nyomaték; Fm = izomerő; dp = nyomatékkar (az izomerő hatásvonala és a váll forgáspontja között)8.
Ehhez kiszámították az összes belső és külső rotátorizom átlagos nyomatékkarját. Ezt az átlagot súlyozták az egyes izmok fiziológiás keresztmetszeti területével, így kaptuk meg a súlyozott átlagos nyomatékkart (WMMA). A számításhoz használt izmok az ER esetében a supraspinatus, infraspinatus, teres minor, hátsó deltoid, középső deltoid és elülső deltoid; az IR esetében pedig a pectoralis major, latissimus dorsi, teres major, hátsó deltoid, középső deltoid és elülső deltoid voltak. Az izmok fiziológiás izomkeresztmetszeti területét és az izmok nyomatékkarjait a szakirodalomból szereztük be8.
Eredmények
Az ER nyomatéki viselkedését az 1. ábra mutatja be. A mozgás kezdetén növekedés volt tapasztalható, majd a görbe a ROM közbenső szakaszán tendenciaszerűen állandó maradt. E plató megtartása után enyhe növekedés következett be, amely a nyomatékcsúcsot képviselte. A mozgás végén a nyomatékgörbe csökkenő fázist mutatott. Az ER nyomatékcsúcs -34º-os szögben következett be, amikor a vállat 43 Nm (100%) átlagos nyomatékkal külsőleg elforgatták.
Az ER WMMA viselkedése az egész ROM alatt növekedést mutatott (2. ábra). Az ER legnagyobb WMMA-ja -50º-os rotációnál jelentkezett, ami 0,91 cm-es nyomatékkarnak felelt meg.
Az ER eredő izomerő viselkedése két fázisra osztható (3. ábra): egy emelkedő fázis a csúcserőig és egy ereszkedő fázis a mozgás végéig. A nyomatékviselkedéstől eltérően a csúcserő a váll belső forgatásakor, nyújtáskor, a semleges helyzet elérése előtt jelentkezett, és nem mutatott platót a teljes ROM során. Az ER csúcserő 35º-os szögben jelentkezett, 10227 N (100%) átlagértékkel.
Az IR nyomaték viselkedése (4. ábra) nagyon hasonló volt az ER mintázatához (1. ábra). A mozgás kezdetén ez a görbe is növekedést mutatott, majd a ROM közbenső szakaszán inkább állandó maradt. Az ER-től eltérően azonban az IR csúcsnyomaték körülbelül 6º-os szögben jelentkezett ezen a platón, átlagosan 69 Nm (100%) értékkel, amikor a vállat belsőleg elforgatták. A mozgás végén ez a nyomatékgörbe is csökkenő fázist mutatott.
Az IR WMMA viselkedése gyakorlatilag állandó volt a ROM során (5. ábra). A mozgás kezdetén volt egy emelkedő fázis, amely körülbelül a ROM középső szakaszán ért véget, amikor a WMMA gyakorlatilag állandó volt. Ezután egy újabb emelkedő szakasz következett, amely a mozgás végén a WMMA csúcspontjánál tetőzött. Az IR legnagyobb WMMA-ja 50º-os elfordulásnál következett be, 0,96 cm-es nyomatékkarral.
A kapott IR erőgörbe viselkedése (6. ábra) hasonló volt az IR nyomatékgörbéhez (4. ábra), de eltérő nagyságrenddel. A mozgás kezdetén ez a görbe is növekedést mutatott, majd a ROM közbenső szakaszán inkább állandó maradt. A platón az IR csúcsereje megközelítőleg -14º-os szögben jelentkezett, átlagosan 8464N (100%) értékkel, amikor a vállat külsőleg elforgatták. A mozgás végén ez a görbe is csökkenő fázist mutatott.
Megbeszélés
Az ER során megfigyelhető volt, hogy a ROM közepén kialakult nyomatékplató a WMMA és az eredő ER-erő antagonisztikus viselkedése miatt fennmaradt. Mivel az ER csúcsnyomatéka a váll külső forgatásakor következett be, arra lehet következtetni, hogy a WMMA fontosabb volt a nyomaték létrehozásában ebben a ROM-ban és a plató fenntartásában, mint az eredő erő görbéje által reprezentált hossz-feszültség kapcsolat. Azt is meg lehet jegyezni, hogy a csúcsnyomaték és a csúcserő nem azonos szögben jelentkezett, mivel az izom és a megfelelő nyomatékkar hossz-feszültség viszonyától függtek11.
Az ER erőgörbe viselkedése nagyon hasonló volt a Gordon és munkatársai által bemutatott, a szarkomer hossz-feszültség viszonyára vonatkozó görbe viselkedéséhez20. A csúcserő a váll belső forgatásakor jelentkezett, amikor az izom kissé megnyúlt. Ebben a szögben feltételezhető, hogy a szarkomerek “kiváló” helyzetben vannak a kereszthidak kialakulásához. Mivel az izmok enyhén megnyúltak, az izmok rugalmas elemei is hozzájárulnak az erőkifejtéshez21,22,23. Ezt követően az izom megrövidülése és az új kereszthidak kialakulásának csökkent lehetősége miatt az erő csökken11,23,24.
Az IR-t tekintve a nyomaték és az eredő erő görbéje egyidejűleg elemezhető, mivel hasonlóan viselkednek. Ennek oka a WMMA viselkedése, amely többé-kevésbé állandó marad, nagyon alacsony növekedési ütemmel. Ezek az eredmények hasonlóak Rassier et al.11 megállapításaihoz, akik arról számoltak be, hogy az izom nyomaték-szög kapcsolatát a hossz-feszültség kapcsolat és a nyomatékkar határozza meg. Ha a nyomatékkar a mozgás során végig állandó marad, a nyomatékgörbe viselkedése tükrözi az eredő erő görbéjét. Feltételezhető tehát, hogy a hossz-feszültség viszony a fő tényező, amely az IR nyomatékviselkedésért felelős.
A rehabilitáció célja a ROM helyreállítása és az izmok, különösen a rotátorok erősítése, amelyek fontosak az ízületi struktúrák stabilizálásában és sérülés elleni védelmében. A gyakorlatoknak progresszív terheléssel kell rendelkezniük, és tiszteletben kell tartaniuk az ízület működésének mechanikáját, a rehabilitációs programnak pedig hatékonynak kell lennie a célok elérése érdekében, és tiszteletben kell tartania a váll sajátosságait25. A váll sajátos esetében, ahol a rotációs mozgást különböző izmok szinergikus hatása révén végezzük, fontos a súlyozott átlagos nyomatékkar és az ebből eredő erőtermelési kapacitás értékelése, mint a gyakorlatok intenzitásának és terhelésének progresszív kritériumai.
A momentumkar az izom mechanikai előnyét jelenti, és felhasználható annak meghatározására, hogy egy adott ízületi helyzetben mely izmok stabilizátorok és melyek az elsődleges motorok. Amikor a nyomatékkar nulla vagy közel nulla, az összehúzódás során az izom csak összenyomódást hoz létre, és következésképpen ízületstabilizátorként működik. Másrészt, ha az izom hatásvonala távol van a forgásközépponttól, akkor elsődleges mozgásmotornak tekinthető4.
Kuechle és munkatársai8 arról számoltak be, hogy a belső és külső rotációs mozgásoknál (90º-os abdukció) a legnagyobb túlterheléssel rekrutált izmok a subscapularis és a pectoralis major a belső rotáció során, valamint a teres minor és az infraspinatus a külső rotáció során. A többi izom kevésbé fontos. Olyan mozgások végzése, amelyekben a legyengült izom járulékos (kisebb nyomatékkar), csökkentheti a ránehezedő túlterhelést. Az elsődleges motoros izmoknál a terhelés az ellenállási nyomaték, az izom nyomatéktermelő képessége, a momentumkar és az erőviselkedés közötti kapcsolat segítségével szabályozható. Az ellenállás nagyobb mechanikai előnnyel járó amplitúdókkal történő alkalmazása és/vagy a hossz-feszültség viszonyban jelentkező előny elősegítheti a kisebb túlterhelést az izom-ín szerkezetben. Másrészt, ha a csúcsellenállást olyan amplitúdókon alkalmazzák, amelyeknél a nyomatékkar és a hossz-feszültség viszony kedvezőtlen, akkor nagyobb lesz a túlterhelés.
A teres minor és az infraspinatus sérüléseiben a kifejtett terhelés változhat, így módosulhat az a szögmetszet, amelynél a csúcsnyomaték-ellenállás fellép. A rehabilitációs program kezdeti szakaszában az izomerősítés ajánlott, kis terheléssel, a gyógyulási folyamat optimalizálása érdekében16,17. Ezt a munkát úgy lehet végezni, hogy a csúcsnyomaték-ellenállás az ER semleges és végső helyzete között helyezkedik el, 90º-os váll-abdukció mellett, mivel ebben a szakaszban mechanikai előny (nagyobb nyomatékkar) van a nyomatéktermelés során, és alacsonyabb erőtermelési szintekre van szükség. Következésképpen kevesebb motoros egység aktiválódik, így kisebb túlterhelést generál az izomra.
A rehabilitáció köztes szakaszában az ellenállási csúcsnyomaték a semleges pozíció és a maximális IR között jelentkezhet, mivel ebben a szakaszban a momentumkar kisebb, és az erőtermelési kapacitás a nyomatéktermelésért felelős fő tényező. A korábbi példában idézett nyomatékellenállás esetén a teres minor és az infraspinatus nagyobb túlterhelésnek lesz kitéve, mivel nagyobb számú motoros egységet kell rekrutálni a momentumkar csökkenésének kompenzálására, ugyanazon nyomaték előállítása céljából.
Összefoglalás
A belső és külső rotációs gyakorlatok progressziójának mechanikai kritériumai a nyomaték, az erő és a súlyozott átlagos nyomatékkar, mivel ezek viselkedése alapján különböző túlterhelést lehet elősegíteni az izom-ín szerkezeten. Bár ezek elméleti kidolgozások, ezek a kritériumok az izom-ín gyógyulás elvein alapulnak. Így ez a tanulmány az első lépést jelenti az izom-ín szerkezetre ható túlterhelések progressziójának mechanikai kritériumainak strukturálása felé.
1. Kibler WB, McMullen J, Uhl T. Váll rehabilitációs stratégiák, irányelvek és gyakorlat. Orthopedic Clinics of North America. 2001;32(3):527-38.
2. Rubin BD, Kibler WB. A vállrehabilitáció alapelvei: Conservative to Postoperative Management. Arthroscopy. 2002;15(9):29-39.
3. Hayes K, Ginn KA, Walton JR, Szomor ZL, Murrell GAC. A fizioterápia hatékonyságát értékelő randomizált klinikai vizsgálat rotátorköpeny-műtét után. Australian Journal of Physiotherapy. 2004;50:77-83.
4. Otis JC, Jiang CC, Wickiewicz TL, Peterson MGE, Warren RF, Santner TJ. A rotátorköpeny és a deltoid izmok nyomatékkarjainak változása abdukcióval és rotációval. The Journal of Bone and Joint Surgery. 1994;76(5):667-76.
5. Liu J, Hughes RE, Smutz WP, Niebur G, An KN. A deltoid és a rotátorköpeny izmok szerepe a váll felemelésében. Klinikai biomechanika. 1997;12(1):32-8.
6. Wilde LD, Audenaert E, Barbaix E, Audenaert A, Soudan K. A deltoid izom megnyúlásának következményei a deltoid izom teljesítményére: számítógépes vizsgálat. Clinical Biomechanics. 2002;17:499-505.
7. Kuechle DK, Newman SR, Itoi E, Morrey BF, An KN. A vállizom nyomatékkarjai vízszintes hajlítás és emelés közben. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 1997;6:429-39.
8. Kuechle DK, Newman SR, Itoi E, Niebur GL, Morrey BF, An KN. A vállizmok nyomatékkarjának jelentősége a glenohumeralis ízület axiális rotációja szempontjából négy pozícióban. Clinical Biomechanics. 2000;15:322-9.
9. Graichen H, Englmeier KH, Reiser M, Eckstein F. In vivo technika a 3D izommomentumkarok meghatározására különböző ízületi pozíciókban és a supraspinatus izomaktiváció alkalmazása során. Clinical Biomechanics. 2001;16:389-94.
10. Proske U, Morgan L. Hozzájárulnak-e a kereszthidak a passzív izom nyújtása során fellépő feszültséghez? Journal of Muscle Research and Cell Motility. 1999;20:433-42.
11. Rassier DE, MacIntosh BR, Herzog W. A vázizomzat aktív erőtermelésének hosszfüggése. Journal Applied Physiology. 1999;86(5):1445-57.
12. Huxley AF, Niedergerke R. Az izom szerkezeti változásai az összehúzódás során. Interferencia mikroszkópia élő izomrostokon. Nature. 1954;173:971-3.
13. Huxley H, Hanson J. Az izom keresztcsíkjainak változása összehúzódás és nyújtás során, és ezek szerkezeti értelmezése. Nature. 1954;173:973-6.
14. Huxley AF. Izomszerkezet és az összehúzódás elméletei. Prog Biophys Biophys Chem. 1957;7:255-318.
15. Huxley AF, Simmons RM. Az erőfejlesztés javasolt mechanizmusa a harántcsíkolt izomban. Nature. 1971;233:533-8.
16. Wilk KE, Harrelson GL, Arrigo C. Reabilitação do Ombro. In: Andrews JR, Harrelson GL, Wilk KE. Reabilitação Física das Lesőes Desportivas. 3ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan; 2005. p. 545-622.
17. Magee DJ, Reid DC. Vállsérülések. In: Zachazewski JE, Magee DJ, And Quillen WS. Atlétikai sérülések és rehabilitáció. Philadelphia: Saunders; 1996. 509-39. o.
18. Walmsley RP, Szibbo C. A váll belső és külső rotátor izmai által generált nyomaték összehasonlító vizsgálata különböző pozíciókban és különböző sebességek mellett. The Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 1987;9(6):217-22.
19. Divir Z. A vállizmok izokinetikája. In: Divir Z. Izokinetika: Izomvizsgálatok, értelmezés és klinikai alkalmazások. Edinburg: Churchill Livingstone; 1995. 171-91. o.
20. Gordon AM, Huxley AF, Julian FJ. Az izometrikus feszültség változása a szarkomer hosszával gerinces izomrostokban. Journal of Physiology. 1966;184:170-92.
21. Herzog W, Schachar R, Leonard TR. A vázizomzat aktív nyújtását követő erőfokozás passzív komponensének jellemzése. The Journal of Experimental Biology. 2003;206:3635-43.
22. Rassier DE, Herzog W, Wakeling J, Syme DA. A nyújtás indukálta, állandósult erőnövekedés egyes vázizomrostokban meghaladja az izometrikus erőt optimális rosthossznál. Journal of Biomechanics. 2003;36:1309-16.
23. Schachar R, Herzog W, Leonard TR. Az izomnyújtás és -rövidülés hatása az izometrikus erőre az erő-hossz kapcsolat leszálló végtagján. Journal of Biomechanics. 2004;37:917-26.
24. Enoka RM. Az izomerő szabályozása. In Enoka RM. A kineziológia neuro-mechanikai alapjai. Champaign: Human Kinetics Books; 1988. 155-78. p.
25. Jobe FW, Moynes DR, Brewster CE. A vállízületi instabilitások rehabilitációja. Orthopedic Clinics of North America. 1987;18(3):473-82.