1
LA MODALITÀ ISOINERZIALE COME METODICA
D’INDAGINE NELL’AMBITO DELLA FUNZIONALITA’
BIOMECCANICA MUSCOLARE
Bisciotti Gian Nicola Ph.D
Dipartimento “Entraînement et Performance “ Facoltà di Scienze dello Sport, Università di
Lione (F)
Scuola Universitaria Interfacoltà in Scienze Motorie di Torino (I)
Consulente Scientifico Internazionale Football Club
COME VALUTARE LA FUNZIONALITA’ DI UN ARTO?
Valutare lo stato funzionale di un arto significa, soprattutto nel caso di uno sportivo, stimare le sue
possibilità di espressione di movimento durante un naturale pattern di attivazione neuromuscolare.
In questa definizione, il termine effettivamente importante è “naturale”, nel senso che la valutazione
effettuata normalmente, e d’altro canto giustamente, in condizioni standardizzate e quindi
abbastanza lontane da quello che è il comportamento neuro muscolare richiesto nella situazione
tecnico-sportiva specifica, deve comunque poter fornire dei dati tali da offrire l’opportunità di
estrapolare con la massima affidabilità possibile
il comportamento neuromuscolare dell’arto
testato, in condizioni per così dire “asettiche”, quando quest’ultimo sia calato nel movimento
tecnico specifico. Per questo motivo nella concettualizzazione di questa nuova batteria di test mi
sono in un primo momento essenzialmente concentrato su di un’analisi critica della metodologia di
valutazione isocinetica e sulla sua affidabilità nel poter fornire risposte idonee in questo senso.
Solamente dopo questo tipo di riflessione mi sono posto il problema di come creare una batteria di
test isotonici che potessero costituire una valida alternativa alla metodica d’indagine isocinetica che,
come ho cercato di sintetizzare nelle poche note che seguono, in effetti mostra dei grossi limiti
concettuali ed interpretativi per ciò che riguarda l’indagine del comportamento neuromuscolare in
una situazione di attivazione naturale.
2
VALUTAZIONE ISOCINETICA OD ISOTONICA?
Un importante progresso nell’ambito dell’esplorazione funzionale dell’attività muscolare è stato
l’introduzione dei dinamometri isocinetici, che hanno reso possibile la registrazione dell’attività
muscolare, in condizioni di velocità di movimento costante, nel corso di un movimento dinamico
(Perrine, 1968 ; Hislop et Perrine, 1967). Questo tipo di indagine biomeccanica, può fornire delle
importanti informazioni sul comportamento dinamico del muscolo, tuttavia la contrazione
muscolare riscontrabile nel corso di un movimento naturale presenta delle importanti differenze
rispetto ad una contrazione di tipo isocinetico.
La prima sostanziale differenza è costituita dal fatto che, nel corso di un movimento isocinetico, il
muscolo contraendosi a velocità costante, non può generare accelerazione, che al contrario,
costituisce una delle caratteristiche principali del movimento naturale.
Secondariamente, occorre sottolineare come la maggior parte dei movimenti umani, sia
caratterizzata da un’attivazione muscolare che comporta una fase di contrazione muscolare di tipo
eccentrico, immediatamente seguita da una fase concentrica (Goubel, 1987; Komi, 1987).
Questo particolare tipo di attivazione, viene comunemente definito come ciclo stiramento
accorciamento (SSC) (Norman e Komi, 1979; Komi, 1984), il risultato ottenuto da una fase di prestiramento, immediatamente seguita da una contrazione concentrica, è un accumulo di energia
elastica potenziale che viene restituita sotto forma di lavoro meccanico, durante la fase concentrica
stessa (Goubel, 1987). Nell’esercizio isocinetico non è possibile accumulare energia elastica
durante la fase eccentrica del movimento proprio perché la resistenza offerta dall’apparecchiatura è
proporzionale alla forza espressa dal soggetto, per questo motivo nel momento in cui, alla fine della
fase eccentrica, l’atleta cessa di spingere contro la resistenza offerta dalla macchina , la resistenza
3
stessa cade a zero, in tal modo non è necessario esercitare nessuna forza eccentrica per frenare il
carico che non tenderà di ritornare alla posizione di partenza per effetto della gravità.
Occorre poi ricordare come il muscolo, nel corso di un movimento che preveda uno SSC, sia in
grado di sviluppare delle velocità angolari molto rilevanti, che possono raggiungere i 15-16 rad.
sec-1 (Bosco, 1997) e che nel caso dell’articolazione della spalla possono anche superare i 34 rad.
sec-1 (Respizzi, 1997), mentre le velocità angolari raggiungibili nel corso di un movimento
effettuato su di un apparecchiatura isocinetica possono essere al massimo dell’ordine dei 6 rad. sec1.
Inoltre anche le più moderne apparecchiature isocinetiche, permettono al massimo un tempo di
inversione dalla fase eccentrica alla fase concentrica (coupling time) di circa 50-100 ms, mentre nel
corso di uno SSC effettuato in condizioni di attivazione naturale, quest’ultimo è di circa 10 ms.
Un ulteriore differenziazione tra il movimento eseguito in forma isocinetica, rispetto all’attivazione
di tipo isoinerziale, è costituita dal diverso pattern di attivazione neuromuscolare.
Infatti un movimento di tipo isoinerziale, è caratterizzato da una forte attivazione mioelettrica
iniziale, corrispondente al momento in cui occorre vincere l’inerzia del carico, seguita da un
marcato decremento mioelettrico, dovuto anche ad un probabile effetto inibitorio da parte dei
Corpuscoli Tendinei del Golgi ( Angel, 1974; Bosco e coll., 1982).
Al contrario, durante una contrazione di tipo isocinetico, l’attività elettromiografica (EMG) si
mantiene sostanzialmente alla stessa magnitudo lungo tutto l’arco del movimento, inoltre
normalmente l’EMG registrato durante un movimento isoinerziale, anche nella sua fase di minor
magnitudo, si presenta comunque più alto rispetto all’EMG registrato durante lo stesso tipo di
movimento eseguito in modalità isocinetica a parità di carico ( Hislop e Perrine, 1967).
Ma anche altri dettagli devono indurci ad un’attenta considerazione della valutazione isocinetica,
volendo ricordarne i principali possiamo ulteriormente incentrare la problematica nei seguenti
punti:
4
-
La condizione isocinetica non è sempre rispettata durante un movimento definito come tale,
infatti durante la fase iniziale, definita come “fase oscillatoria”, l’apparecchiatura richiede
un certo intervallo di tempo per poter regolare la velocità impostata, intervallo di tempo
durante il quale il movimento non avviene ad isovelocità. Durante la fase oscillatoria inoltre,
quanto maggiore risulta essere la velocità impostata, tanto maggiore risulterà il tempo
necessario al controllo di quest’ultima da parte dell’apparecchiatura. Per questo motivo, se
la velocità impostata è relativamente elevata, la velocità effettivamente raggiunta durante la
prima fase del movimento, può in effetti risultare maggiore anche del 50% rispetto a quella
programmata (Gransberg e Knutsson, 1983). La condizione isocinetica non viene rispettata
nemmeno nella fase finale del movimento, definita “fase decelerativa”, (Gransberg e
Knutsson, 1983), per cui, in un arco di movimento piuttosto limitato, come ad esempio un
movimento di estensione della gamba sulla coscia effettuato al leg extension il cui ambito
angolare è di solamente 90°, la parte effettivamente isocinetica si riduce solamente ad una
ristretta parte centrale del movimento stesso (Respizzi, 1997).
5
Il rispetto della condizione isocinetica
Gransberg e Knutsson, 1983.
Fase isocinetica
Fase iniziale
(fase oscillatoria
non isocinetica)
Vel. raggiunta >50% Vel. impostata
Vel. Impostata = Tempo X controllo
Figura 1: Nella prima fase di un movimento isocinetico, definita fase oscillatoria, di fatto il
parametro di isovelocità non viene rispettato a causa del ritardo di regolazione
dell’apparecchiatura.
6
Il rispetto della condizione isocinetica
Gransberg e Knutsson, 1983.
Fase finale
(fase decelerativa
non isocinetica)
Fase isocinetica
Fase iniziale
(fase oscillatoria
non isocinetica)
Figura 2 : Sia nella fase iniziale oscillatoria, che nella fase finale decelerativa, il movimento non
avviene a velocità costante. La vera fase isocinetica si riduce quindi solamente alla fase centrale
del movimento stesso.
-Durante
un movimento isocinetico non è inusuale il verificarsi dei cosiddetti “artefatti da
tamponamento”, ossia la registrazione di alterati valori nella curva di forza che possono verificarsi,
sia in concomitanza al fatto che nel momento in cui il soggetto supera la velocità prefissata, il
sistema di controllo di fatto “frena” l’arto in movimento, sia quando, al contrario, la velocità di
esecuzione del movimento risulti essere inferiore a quella pre-impostata, in questo secondo caso il
sistema di controllo dell’apparecchiatura isocinetica facilita la spinta dell’arto lasciando “correre” il
movimento. In entrambi i casi si registrano degli artefatti sulla curva di registrazione della forza
definiti appunto “da tamponamento” (Dal Monte e Faina, 1999).
-La produzione di potenza viene di fatto sistematicamente sottostimata durante un test isocinetico.
E’ noto infatti come nella relazione forza-velocità riguardante il muscolo in vitro, la massima
potenza si ottenga grazie a tensioni che costituiscano circa 1/3 della forza massimale del soggetto ed
7
a velocità di accorciamento che siano ugualmente circa 1/3 rispetto alla massima velocità di
contrazione (Hill, 1938). Tuttavia nel muscolo in vivo, ossia in condizioni di attivazione naturale, la
relazione forza-velocità si presenta di tipo lineare (Brue e coll., 1985; Sargeant e coll., 1981; Mc
Cartney e coll. 1983a-b; Catlaw e coll. 1996; Peres e coll., 1992; Cress e coll., 1992; Labrecque e
coll. 1983; Jaskólska e coll., 1999; Driss e coll., 1998; Bisciotti e coll. 1997, 1999) ed il picco di
potenza si ottiene attraverso una tensione ed una velocità di contrazione entrambe pari al 50% del
valore massimale (Vandewalle, 1992). Dal momento che nei migliori dinamometri isocinetici le
massime velocità angolari ottenibili sono dell’ordine di circa 400-450° · s-1, a fronte di velocità
massimali di oltre 1000° s-1 nel caso di estensioni della gamba o di circa 2000° s-1 nel caso
dell’articolazione della spalla, è facilmente comprensibile come, durante una valutazione
isocinetica, si sottostimi sistematicamente la massima potenza del gruppo muscolare testato.
-Durante un movimento che avvenga su di un piano verticale, come nel caso ad esempio di
un’estensione della gamba sulla coscia, la forza gravitazionale può risultare “contrastante” (durante
la fase concentrica di estensione), oppure facilitante (durante la fase eccentrica di flessione). Se le
forze gravitazionali non vengono considerate, si possono generare gravi errori nel calcolo della
forza espressa , tanto più gravi quanto minori siano le capacità di forza del soggetto testato (Winter
e coll, 1981). L’errore in cui si può incorrere, non tenendo conto del momento gravitazionale, è
compreso tra il 26 ed il 43% per ciò che concerne gli estensori della gamba e tra il 55 ed 510% per i
flessori (Kaufman e Chao, 1995; Wong e coll., 1984). L’errore maggiore che si registra durante la
valutazione dei flessori può risultare, sia dal fatto che questo gruppo muscolare riesce a sviluppare
un momento di forza minore e meno omogeneo rispetto agli estensori, sia dal fatto che la forza di
gravità, che agisce in favore dell’azione biomeccanica espletata da questo gruppo muscolare,
renderebbe relativamente difficile una loro piena sollecitazione (Roi e coll., 1998). In effetti questo
tipo di problema è stato superato nelle macchine isocinetiche di nuova generazione che calcolano
automaticamente il momento gravitazionale dopo aver quantificato preventivamente il peso
8
dell’arto e del braccio del macchinario nella posizione di estensione massimale. Grazie a questa
procedura di calcolo l’errore concernente il picco del momento di forza a carico della muscolatura
estensoria si riduce di 5 Nm e di 25-29 Nm per quello che riguarda i flessori (Kaufman e Chao,
1995).
Errore “gravitazionale”
(Winter e coll., 1981)
Flesso-estensione
g = facilitante
g = contrastante
Figura 3: Durante un movimento, come ad esempio l’estensione della gamba sulla coscia, la forza
di gravità può essere contrastante (durante la fase concentrica), oppure facilitante (durante la fase
eccentrica).
- Il momento in cui si registra il picco di forza in un movimento isocinetico differisce
completamente da quello in cui si verifica la massima espressione di forza durante un movimento
isotonico. Nell’esercizio isotonico (che in verità sarebbe meglio definibile come eterotonico od
auxotonico, dal momento che a differenti angoli del movimento corrispondono diversi valori di
forza) il movimento delle leve ossee avviene a velocità variabile ed a carico costante (per questo
motivo questo tipo di movimento può essere anche definito isoinerziale, in ragione del fatto che
l’inerzia gravitazionale del carico rimane costante durante tutto l’arco del movimento stesso). In
questo tipo di movimento, dal momento che alla variazione delle leva articolare varia l’espressione
9
di forza muscolare, il valore di quest’ultima risulterà massimo nel momento più sfavorevole della
leva stessa. Nelle apparecchiature isocinetiche la forza muscolare viene espressa come “momento di
forza” e corrisponde quindi al prodotto tra la forza e la distanza tra il punto di applicazione della
forza ed il centro di rotazione (momento di forza (Nm ) = forza X braccio di leva). Per questo
motivo, durante un movimento isocinetico il picco del momento di forza (PMF o peak torque),
viene registrato, al contrario di quanto invece avvenga durante un movimento isotonico, nel punto
più favorevole della leva articolare (Respizzi, 1997).
-In molte apparecchiature isocinetiche è possibile effettuare una registrazione dei valori di forza
eccentrica della muscolatura testata. Questo tipo d’indagine risulterebbe particolarmente importante
per quei muscoli, come ad esempio la muscolatura flessoria della coscia, che vengono
particolarmente sollecitati in eccentrico durante i movimenti naturali di tipo balistico. Tuttavia,
come d’altro canto avviene anche durante la modalità concentrica, il valore di forza eccentrica così
registrato si riferisce ad un movimento effettuato a velocità costante, modalità di comportamento
muscolare molto diversa da quella osservabile durante un movimento eccentrico naturale che si
svolge invece a velocità di allungamento muscolare variabile.
Tutta queste serie di valutazioni, deve indurci a considerare seriamente la grossa diversità di
comportamento neuromuscolare ritrovabile
sia nelle esercitazioni, che nei test isocinetici, in
rapporto al tipo di attivazione neuro muscolare ritrovabile nel corso di un movimento naturale.
Estrapolare il possibile comportamento di un muscolo in una situazione di tipo balistico, come
avviene nel caso della maggior parte dei movimenti sportivi, partendo da un tipo di valutazione di
tipo isocinetico, può quindi costituire una grave fonte di errore che comporta un rischio valutativo
non sottovalutabile.
10
LA COSTRUZIONE DELLA RELAZIONE FORZA-VELOCITA’ NELLA MODALITA’
ISOTONICA: IL TEST FVR.
La relazione forza-velocità registrata su di un muscolo in situazione di attivazione naturale, oltre a
costituire un interessante metodo di monitorizzazione degli effetti dell’allenamento (Vandewalle e
coll., 1988), può rivelarsi particolarmente utile nel confronto delle caratteristiche riguardanti la
forza massimale e la massima velocità contrattile di un arto insultato traumaticamente ed il
controlaterale sano (Bisciotti e coll., 2000).
Le grosse differenze inerenti soprattutto la diversità dei pattern di attivazione neuromuscolare tra la
contrazione isocinetica e quella isoinerziale, dimostrano come nella costruzione della relazione
forza-velocità effettuata attraverso una metodica di tipo isocinetico, il quadro neuromuscolare di
riferimento sia estremamente limitato.
La relazione forza-velocità ricavata da una contrazione isocinetica (la cui interpretazione è
comunque inficiata da tutte le considerazioni già citate), è infatti solamente limitata alla porzione
sinistra della relazione stessa considerata nella sua globalità, come mostrato in figura 1, per le
ragioni poc’anzi esposte relative alla limitazione delle velocità di registrazione delle
apparecchiature isocinetiche.
.
11
Figura 1: La relazione forza-velocità ottenibile attraverso la modalità isocinetica è fortemente
limitata sia dal range di velocità registrabili dagli strumenti isocinetici , che dai diversi pattern di
attivazione neuromuscolare in rapporto alla contrazione isotonica.
IL
TEST
FVR
COME
METODO
DELL’ARTICOLAZIONE DEL GINOCCHIO
DIAGNOSTICO:
L’ESEMPIO
La relazione forza-velocità costruita attraverso la metodica isoinerziale, può invece costituire un
importante mezzo di informazione per ciò che riguarda i parametri neuromuscolari tipici di un
pattern di attivazione naturale di tipo balistico.
La costruzione di una relazione forza velocità di tipo isoinerziale può essere effettuata sia attraverso
un movimento di tipo concentrico, eccentrico (come riportato nel paragrafo riguardante l’Eccentric
Test), oppure attraverso una modalità che preveda uno SSC, monitorizzando l’azione muscolare
attraverso tutto il possibile range di relazione forza-velocità, in altre parole attraverso tutti i possibili
rapporti di velocità di contrazione e di produzione di forza.
12
Nel caso di una relazione forza velocità isoinerziale costruita attraverso un movimento puramente
concentrico avremmo naturalmente delle informazioni di tipo meccanico inerenti il solo
comportamento della Componente Contrattile (CC), mentre nel caso di una relazione forza-velocità
costruita attraverso dei movimenti che comportino una fase di SSC, avremmo delle informazioni
anche sul comportamento meccanico della Componente Elastica in serie (SEC), il confronto tra le
due curve può fornire quindi importanti informazioni sul comportamento elastico della muscolatura
considerata (per maggiori dettagli vedere il capitolo riguardante l’Ealsticity Test).
In campo diagnostico-sportivo la relazione forza-velocità può dare importantissime informazioni
soprattutto nell’ambito di due aspetti principali:
-il primo costituito dalla possibilità di “fotografare biomeccanicamente” il comportamento
neuromuscolare di un distretto muscolare sano, in previsione, in caso di trauma, di poter avere , in
fase riabilitativa, un comparativo di biomeccanica muscolare ottimale al quale fare riferimento
durante la fase riabilitativa stessa.
-il secondo costituito dal monitoraggio costante, operabile sempre in fase riabilitativa, attraverso il
quale sia possibile ricavare dati utilizzabili nella stesura e nel controllo della fase fisioterapica.
L’alta riproducibilità della relazione forza velocità (r=0.85-0.96) (Bosco, 1991; Bosco e coll., 1995;
Murphy e Wilson, 1994; Bisciotti e coll. 1999) garantisce l’affidabilità scientifica di questo metodo
di indagine.
Un’affidabile calcolo della relazione forza-velocità può essere effettuato attraverso solamente tre
prove effettuate a carichi progressivi che quindi determinino una produzione di forza crescente ed
un parallelo decremento della velocità di spostamento del carico stesso. Attraverso il calcolo
dell’equazione della retta di regressione lineare interpolante i punti stessi (y = ax + b) è possibile
determinare, sia il valore di forza isometrica massimale (F0), che quello di velocità di contrazione
13
massimale teoricamente ottenibile a carico nullo (V0) (Bisciotti e coll., 1999) come mostrato in
figura 2 e 3.
Figura 4: Relazione forza velocità calcolata attraverso i dati desunti da tre movimenti effettuati con
altrettanti carichi crescenti in un movimento di estensione della gamba sulla coscia effettuati in
catena cinetica aperta. Nell’equazione della retta il coefficiente b esprime il valore di forza
isometrica massimale (F0) espresso in Newton.
14
Figura 5 : La stessa relazione forza velocità di cui sopra, in cui in ascissa compaiono i valori di
forza ed in ordinata quelli relativi alla velocità di spostamento del carico. In questo secondo caso,
il valore del termine b dell’equazione relativa alla retta di regressione lineare interpolante i 3
punti considerati, rappresenta il valore di velocità massimale (V0) ottenibile a carico nullo.
E’ inoltre interessante notare che in una relazione di tipo lineare, come quella ottenibile durante una
contrazione di tipo naturale, il valore di potenza massimale sia uguale a 0.5 F0 · 0.5 V0 altrimenti
esprimibile come 0.25 (F0 · V0) (Vandewalle, 1992), anche se per una visione maggiormente precisa
di questa caratteristica biomeccanica è possibile effettuare un test specifico denominato Power Test
(vedi il paragrafo dedicato).
Attraverso la costruzione della relazione forza-velocità tramite la modalità isoinerziale, è quindi
possibile calcolare anche la massima potenza teorica esprimile nel corso del movimento indagato.
Quest’ultimo dato può costituire un ulteriore importante parametro di valutazione e controllo in
ambito funzionale e riabilitativo.
La costruzione della relazione forza-velocità isoinerziale tramite il test FVR presenta quindi un
indubbio valore di tipo diagnostico in ambito riabilitativo soprattutto per la totale attinenza con i
15
pattern di attivazione neuromuscolare che si ritrovano nel corso di un movimento naturale di natura
balistica, tipico del gesto sportivo, attinenza al contrario disattesa nel caso di test di tipo isocinetico.
La possibilità di effettuare in maniera estremamente semplificata questo tipo di test, su articolazioni
ad alto rischio traumatico in ambito sportivo,come quella del ginocchio, riportata nell’esempio
precedente, attraverso un’apparecchiatura specificatamente concepita (Real Power, Globus Italia),
costituisce un importante metodo di indagine a disposizione del fisioterapista, del tecnico della
riabilitazione e del medico sportivo, al fine di ottimizzare e monitorizzare con precisione scientifica
gli effetti dei piani fisioterapici di lavoro adottati
L’ELASTICITY TEST.
L'elasticità è definibile come la proprietà dei corpi, che subiscono una deformazione per effetto di
una sollecitazione esterna, di riprendere, almeno parzialmente, la forma ed il volume iniziali, al
cessare della sollecitazione stessa.
Il muscolo umano possiede notevoli proprietà elastiche, infatti nella fase eccentrica del movimento,
il muscolo, immagazzina energia elastica, che poi restituisce, sotto forma di lavoro meccanico, nella
successiva fase concentrica.
Nell’analisi del comportamento muscolare, effettuata attraverso l’adozione di un modello
meccanico a tre componenti (Chapman, 1985; Huijing, 1992), il ruolo di stoccaggio e restituzione
dell’energia elastica, durante un movimento che comporti una fase di allungamento muscolare
immediatamente seguita da una fase di accorciamento, è da attribuirsi all’elemento elastico in serie
(SEC), che da un punto di vista anatomico, vede la sua parte passiva identificabile essenzialmente
nel tendine (che stocca circa il 72% dell'energia elastica totale) e la sua parte attiva principalmente
nella porzione S2 della testa miosinica (che immagazzina il restante circa 28% dell'energia elastica
totale). Sempre adottando lo stesso tipo di modellizzazione muscolare, il ruolo di “generatore di
forza” è invece attribuibile alla componente contrattile (CC), che si identifica anatomicamente a
16
livello dei sarcomeri. Così, durante la fase eccentrica della corsa ad esempio, il tendine di Achille,
viene allungato di circa il 6%, pari a circa 1.5 cm rispetto alla sua lunghezza iniziale, e restituisce
circa il 90% dell'energia elastica potenziale immagazzinata, sotto forma di lavoro meccanico, nella
successiva fase concentrica del movimento.
In tal modo il rendimento muscolare passa dal 25% ad oltre il 40%, l'energia elastica costituisce
infatti energia "metabolicamente gratuita", per questo motivo riveste un ruolo essenziale, sia nel
potenziamento, che nell'economia del gesto.
Tuttavia, l’intervento della restituzione dell’energia elastica, influenza l’andamento della
produzione di forza, velocità e potenza solamente durante la prime parte della fase concentrica
(Wilson e coll., 1991; Bisciotti e coll, 2000 b). Inoltre è interessante notare che il valore di potenza
massima raggiungibile in un movimento effettuato grazie ad una fase di SSC, non differisce
statisticamente dal valore di potenza massima registrabile durante l’esecuzione dello stesso
movimento eseguito senza una preventiva fase di stiramento. Infatti solamente la potenza media del
movimento risulta maggiore in un movimento eseguito in SSC nei confronti dello stesso eseguito
tramite un ciclo puramente concentrico, questo grazie all’aumento della produzione di potenza nella
prima parte della fase concentrica (Bisciotti e coll., 2000 b). Il potenziamento della fase concentrica
di un movimento, dovuto all'effetto di una precedente condizione di pre-stiramento, sarebbe in
definitiva attribuibile, sia a fenomeni prettamente inerenti l’accumulo e la restituzione di energia
elastica da parte della SEC, sia a fattori riguardanti l’ottimizzazione delle caratteristiche
meccaniche dell'unità muscolo tendinea (UMT).
Entrambi questi parametri ottengono come
risultato l’aumento del livello di forza al quale ha inizio la fase di concentrica. Tutti questi aspetti,
sono comunque caratterizzati da una forte transitorietà ,che di fatto induce ad una modificazione
limitata, da un punto di vista temporale, dei parametri di forza, velocità e potenza, del movimento
considerato, tale comunque da modificare positivamente la totalità dei parametri biomeccanici
relativi alla fase concentrica del movimento stesso (Bisciotti e coll., 2000 b).
17
Alla luce di queste considerazioni si può affermare che il comportamento elastico del muscolo
comporti non tanto un aumento dell’energia del muscolo stesso, quanto piuttosto un aumento
transitorio della produzione di potenza, inducendo in tal modo un sensibilmente miglioramento
del rendimento muscolare.
Per meglio chiarire questo effetto di “transitorietà” nel cambiamento dei parametri biomeccanici del
movimento (quali appunto la forza, la velocità e la potenza del movimento stesso) , dovuto alla
restituzione di energia elastica, è possibile osservare i grafici sottoriportati..
18
19
Nel grafico
A è possibile osservare l’andamento della produzione di forza durante la fase
concentrica di un movimento di estensione della gamba sulla coscia. La curva CC si riferisce ad un
movimento effettuato senza una preventiva fase eccentrica di stiramento, durante il quale quindi la
forza è prodotta essenzialmente dalla componente contrattile. Al contrario, la curva CC+SEC si
riferisce allo stesso tipo di movimento effettuato grazie ad una preventiva fase eccentrica di
allungamento. Si può chiaramente notare come, grazie ad i fenomeni prima descritti, inerenti sia il
riuso di energia elastica, che la modificazione delle caratteristiche meccaniche dell’UMT, il livello
di forza da cui ha inizio la fase concentrica del movimento nella curva CC+SEC, sia
significativamente maggiore rispetto al livello di forza da cui ha inizio lo stesso tipo di movimento
eseguito senza la fase di pre-stiramento (curva CC).
20
A questo consegue un maggior incremento della velocità di movimento, evidenziabile soprattutto
dalla maggior pendenza della curva di velocità del movimento CC+SEC rispetto a quella relativa al
movimento CC (grafico B). L’aumento dei valori di forza e velocità comporta logicamente un
incremento della potenza sviluppata nel movimento stesso. A questo punto è interessante notare
come le due curve di potenza riportate nel grafico C, differiscano solamente nella prima parte
iniziale del movimento. La pendenza della curva CC+SEC si presenta infatti più ripida rispetto a
quella riguardante la curva CC, sottolineando in tal modo la maggior potenza iniziale sviluppata
durante la fese concentrica di un movimento che comporti un fase di pre-stiramento. Tuttavia, è
altresì osservabile come il picco di potenza dei due tipi di movimento non differisca, sottolineando
in tal modo come l’effetto potenziativo della fase di pre-stiramento si esaurisca nella prima parte
(circa 100 ms) della fase concentrica del movimento (Wilson e coll., 1991; Bisciotti e coll., 2000
b).
IL RUOLO “PROTETTIVO” DELL’ ELASTICITÀ MUSCOLO-TENDINEA
Molti dati disponibili in bibliografia dimostrano come, durante un movimento balistico che preveda
una fase di allungamento-accorciamento, la restituzione dell'energia elastica, accumulata durante la
fase eccentrica, sia in grado di spostare la relazione forza-velocità in alto e verso destra. In altre
parole, l'intervento dell'energia elastica restituita dalla SEC, permetterebbe al muscolo di generare,
a velocità di contrazione elevate, delle forze molto superiori di quanto non potrebbe fare, nelle
stesse condizioni, la sola componente contrattile (Bosco, 1985; Wilson e coll.,1991).
Oltre a questo ruolo di "potenziamento" della produzione di forza, comunque non sottovalutabile,
visto che lo stoccaggio di energia potenziale può essere dell'ordine di 40-60 J per dei gruppi
muscolari in condizioni di contrazione massimale, la SEC svolge anche un ruolo di tipo protettivo,
21
nei confronti delle strutture articolari e periarticolari, in caso di brusche e repentine contrazioni
muscolari (Bouisset e Maton, 1995).
A questo proposito, è interessante ricordare come in alcune tipologie di atleti, vedi i calciatori, che
si trovino a lavorare su terreni morbidi, che limitano fortemente lo stoccaggio e la restituzione di
energia elastica da parte della SEC, si possano registrare delle perdite delle caratteristiche elastiche
muscolari, che li esporrebbero ad un maggior rischio di lesioni in caso di eventi di tipo traumatico
(Bosco, 1997), soprattutto nel corso della fase eccentrica del movimento (Armstrong, 1990; Garret,
1990).
Figura 6: L'interposizione di una molla lungo un cavo vincolato ad una struttura, sul quale viene
applicata una forza in modo repentino, svolge un ruolo di "smorzatore" ed è in tal modo in grado di
preservare da eventuali danni la struttura stessa. Nell'ambito biologico, la componente elastica
22
seriale, svolge anche questo secondo ruolo, oltre a quello di stoccaggio e restituzione dell'energia
elastica, nei confronti delle strutture articolari e periarticolari.
L’INSULTO TRAUMATICO E LA PERDITA DELLE CARATTERISTICHE
MECCANICHE DEL MUSCOLO
In seguito ad un trauma è possibile registrare tutta una serie di eventi a livello muscolare che
possono essere sostanzialmente ricondotti ad una degenerazione delle fibre muscolari, caratterizzata
da una distruzione miofibrillare unita ad un danno, sia a livello mitocondriale, che del reticolo
sarcoplasmatico (Byrd, 1992). Inoltre, in questo stato di alterazione dell’ultrastruttura muscolare,
si può anche verificare un’interruzione nella continuità del sarcolemma (Carlson e Faulkner, 1983).
La perdita d’integrità del sarcolemma, unita al danno del reticolo sarcoplasmatico, può comportare
un’elevazione della concentrazione intracellulare di Ca++. La conseguente alterazione nella capacità
di pompaggio del Ca++ dal sarcoplasma, comporterebbe una parallela alterazione dell’omeostasi del
Ca++ stesso,
che avrebbe come conseguenza una contrazione non controllata dei sarcomeri
(Armstrong e coll., 1991). Questa contrazione incontrollata delle fibre muscolari può perdurare,
anche in assenza di un potenziale di azione che depolarizzi le fibre stesse, sino a quando la
concentrazione intracellulare di Ca++ rimane elevata e la disponibilità di ATP è sufficientemente
adeguata (Armstrong e coll., 1991; Travell e Simons, 1983).
Le forze meccaniche, causate da questa catena di eventi, che perdurerebbero a livello miofibrillare
dopo l’insulto traumatico, potrebbero comportare un aggravamento del danno strutturale subito
dalla componente contrattile (Armstrong, e coll., 1991).
Nel caso in cui il danno subito dal tessuto muscolare sia di una certa severità, i sintomi clinici
riscontrabili sono il riferimento di una più o meno intensa sintomatologia dolorosa, sia in caso di
allungamento passivo che di contrazione attiva (Garret, 1990), gonfiore, risposta infiammatoria od
edematosa all’interno del tessuto muscolare stesso (Garret e coll., 1989), diminuzione della capacità
di forza del distretto muscolare considerato ed alterazione degli schemi propriocettivi (Herring,
23
1990; Garret, 1990; Nikolaou e coll., 1987; Russel e coll., 1992; Taylor e Dalton, 1993). Appare
quindi chiara l’esigenza di controllare durante tutta la fase fisioterapica di riabilitazione il
comportamento meccanico della muscolatura lesa, avendo come secondo termine di paragone il
comportamento meccanico della muscolatura dell’arto controlaterale sano (Bisciotti e coll., 2000).
La possibilità di quantificare in che misura l’insulto traumatico abbia diminuito le capacità elastiche
della muscolatura lesa, diviene quindi un importantissimo parametro valutativo in ambito
riabilitativo. L’importanza del recupero delle caratteristiche elastiche della muscolatura insultata, è
sottolineata dal fatto che raramente nell’uomo, come d’altronde
nell’animale, un movimento
comporta un’attivazione muscolare di tipo puramente isometrico, eccentrico oppure concentrico. La
maggior parte dei movimenti umani, è caratterizzata infatti
da un’attivazione muscolare che
comporta una fase di contrazione muscolare di tipo eccentrico, immediatamente seguita da una fase
concentrica (Goubel, 1987; Komi, 1987).
COME
ATTRAVERSO
L’ELASTICITY
TEST
È
POSSIBILE
QUANTIFICARE LE CARATTERISTICHE ELASTICHE MUSCOLARI
La quantificazione delle caratteristiche elastiche muscolari, vede in primo luogo l’identificazione
del miglior movimento, effettuato in catena cinetica aperta oppure chiusa, adatto ad evidenziare
l’azione biomeccanica della muscolatura lesa. Lo stesso movimento deve essere eseguito dal
paziente, senza soluzione di continuità, attraverso due modalità: il primo movimento deve essere
effettuato partendo da una posizione statica, facendo intervenire quindi nella produzione di forza
solamente la componente contrattile (CC), alla fine del primo movimento il paziente continua ad
eseguire una serie di movimenti identici al primo ma effettuati grazie ad un ciclo stiramentoaccorciamento (CC+SEC). I parametri biomeccanici dell’esercizio vengono registrati in tempo reale
dal Real Power Total Rehabilitation, in tal modo è possibile calcolare gli integrali della produzione
di forza, potenza e velocità relativi alla prima parte della curva (normalmente i primi 100 ms), sia
24
per ciò che riguarda il movimento eseguito con partenza statica (CC), sia per il miglior movimento
eseguito in modalità stiramento-accorciamento (CC+SEC). La differenza tra i vari valori permette
di calcolare l’aumento della forza contrattile, della velocità di contrazione e della produzione di
potenza dovuto alla fase di pre-stiramento e quindi, in ultima analisi,
di quantificare le
caratteristiche elastiche della muscolatura dell’arto leso e del controlaterale sano.
Il continuo e sistematico monitoraggio delle caratteristiche essenziali del movimento quali la forza,
la velocità di contrazione la produzione di potenza e quindi le caratteristiche elastiche del muscolo
leso, costituisce un esigenza imprescindibile ed una garanzia di riuscita nell’ambito di ogni
protocollo riabilitativo. La possibilità di utilizzare delle specifiche apparecchiature che, grazie a
semplici protocolli di test, possano fornire tali dati in modo affidabile e preciso, costituisce il
superamento di un livello di professionalità importante, quello che distingue l’empirismo dalla
rigorosità scientifica.
Figura 7: Nelle due schermate sono riportati i parametri biomeccanici di un movimento di
estensione della gamba sulla coscia, effettuato in catena cinetica aperta (leg extension), a carico
25
dell’arto sano (riquadro superiore) e dell’arto leso (riquadro inferiore). Appare evidente la perdita
di aumento di velocità di contrazione (4.7% versus 22.7%), forza contrattile (2.4% versus 11.4%) e
di produzione di potenza (7.1% versus 28.6%) nell’arto leso rispetto al controlaterale sano, nei due
tipi di movimento testati (CC e CC+SEC). Si tratta di un classico quadro post-traumatico
(ricostruzione di LCA in 90° giornata), che sottolinea l’importante perdita delle caratteristiche
elastiche della muscolatura estensoria dell’arto inferiore in seguito all’insulto traumatico ed
all’evento chirurgico ricostruttivo.
IL POWER TEST
La potenza è una funzione parabolica della forza e della velocità di contrazione, ed abbiamo visto
precedentemente come nel corso di un movimento naturale il picco di potenza si registri ed il picco
di potenza si ottenga attraverso una tensione ed una velocità di contrazione entrambe pari al 50%
del valore massimale (Vandewalle, 1992). Grazie al Power Test attraverso l’esecuzione di soli 3
carichi sub-massimali è possibile costruire la relazione carico-potenza e calcolare in tal modo, sia la
potenza massimale teorica del gruppo muscolare testato, sia il carico con il quale tale valore di
potenza possa essere prodotto. Il protocollo del test è molto semplice, si tratta di effettuare tre
movimenti (l’esercitazione adottata può essere , sia in catena cinetica aperta, che chiusa ) alla
massima velocità esecutiva con tre diversi carichi, che corrispondono al 30%, 50% ed 85% della
forza massimale dinamica. In tal modo si costruirà una parabola (figura 8) il cui vertice (che viene
calcolato automaticamente) ci indicherà , sia il carico con il quale si riesce a produrre la massima
potenza, che il valore di quest’ultima
26
Figura 9 : La prova si riferisce ad un atleta che abbia un valore di carico massimo dinamico pari
a 100 kg. Durante la prima prova effettuata con il 30% del carico massimo dinamico (30 kg) si è
registrato un valore di potenza media pari a 400 W , durante la seconda prova effettuata con un
carico pari al 50% del carico massimo dinamico (50 kg) la potenza media registrata è stata uguale
a 650 W, infine nell’ultima prova eseguita con un carico pari all’85% del carico massimo dinamico
(85 kg) la potenza media registrata è stata di 500 W. Calcolando il vertice della parabola che è
possibile costruire attraverso i dati registrati durante il test, otteniamo il carico con il quale è
possibile esprimere la massima potenza (pari 60.5 kg) ed il valore di quest’ultima (683.5 W). Un
metodo semplice e pratico per calcolare il picco di potenza ed il carico da utilizzare per produrla
in qualsiasi tipo di esercitazione (Bisciotti, 1999).
27
Figura 10: L’esercitazione adottata come test di valutazione funzionale può essere effettuata , sia
in catena cinetica aperta ( come ad esempio nel caso del leg extension), oppure chiusa ( come nel
caso della pressa oppure dello squat): Nel caso dell’arto inferiore occorre sempre considerare il
problema inerente la traslazione anteriore di tibia che l’esercizio in catena cinetica aperta
comporta.
L’ECCENTRIC TEST.
Il muscolo scheletrico durante una contrazione di tipo eccentrico lavora come un vero e proprio
“freno”, che rallenta la caduta del carico imposto. Nella relazione forza-velocità in vitro, il muscolo
allungato e contratto produce dapprima, per velocità di allungamento relativamente modeste, una
tensione che risulta crescente in rapporto all’aumento della velocità di allungamento, per poi
attestarsi, per velocità di allungamento superiori, ad un plateau di produzione di forza costante (Hill,
1938). Tuttavia, nel corso di un movimento naturale, il comportamento muscolare, e quindi di
conseguenza la produzione di forza, durante un movimento eccentrico, non collimerebbero con il
comportamento osservabile nel muscolo isolato. Ad alte velocità di accorciamento infatti il muscolo
28
non sarebbe in grado di esprimere forti tensioni, questa diversità di comportamento sarebbe
essenzialmente imputabile a fenomeni di tipo inibitorio posti in atto al fine di preservare l’integrità
della struttura muscolare stessa. Il fenomeno inibitorio, che limiterebbe la produzione di forza
durante una contrazione eccentrica, diverrebbe particolarmente evidente nel momento in cui i livelli
di tensione superino del 40% i livelli di forza che si otterrebbero in condizioni concentriche, inoltre
non sarebbe da escludere una co-contrazione da parte di gruppi muscolari antagonisti (Kellis e
Baltzopoulos, 1995), anche se in verità i dati disponibili in letteratura a riguardo sono alquanto
scarsi.
Classicamente la forza eccentrica veniva, e viene tuttora, misurata grazie a delle
apparecchiature di tipo isocinetico, tuttavia le macchine isocinetiche, come già detto, impongono al
muscolo un movimento molto diverso rispetto a quello riscontrabile durante un movimento naturale
e non si prestano affatto all’indagine del comportamento muscolare, soprattutto nello sportivo
(Bisciotti e coll., 2000). La forza espressa durante una contrazione eccentrica, come comunque
d’altronde anche durante una contrazione concentrica, andrebbe misurata durante una contrazione
isotonica, proprio per poter osservare e registrare il comportamento del muscolo in una situazione di
attivazione naturale. Il Real Power Total Rehabilitation,
misura la forza espressa durante una
contrazione eccentrica grazie ad una specifica procedura di calcolo (Bisciotti, 2000), che quantifica
la forza “frenante” espressa dal soggetto durante il rallentamento di un carico di entità sovramassimale (ossia superiore al 100% del carico massimale). La forza eccentrica espressa è infatti
uguale a :
Fecc= M · (g-a)
(1)
nella quale M è la massa del carico utilizzato, g l’accelerazione di gravità pari a 9.81 m · s-2 ed a
rappresenta l’accelerazione registrata durante la fase di discesa del carico, corrispondente appunto
al movimento eccentrico considerato. Dalla (1) risulta evidente come la forza eccentrica registrata, a
parità di carico, risulterà tanto maggiore quanto minore sarà il valore di accelerazione negativa
(perché il movimento è verso il basso) registrato.Il protocollo del test è semplice e snello: si
29
domanda al soggetto di frenare massimamente due carichi super-massimali (normalmente il 105 ed
il 120% del carico massimale), si otterranno in tal modo, come è osservabile dal grafico che segue,
due punti caratterizzati da valori di forza eccentrica e di velocità di allungamento crescenti.
Partendo dai dati ottenuti, il programma calcolerà automaticamente il valore del carico con il quale
l’allungamento avverrebbe ad un accelerazione pari a g, che come è desumibile dalla (1)
corrisponderebbe ad un valore di forza eccentrica pari a zero; in altre parole in tal modo si calcola
indirettamente il carico con il quale si manifesterebbero in modo evidente i meccanismi inibitori
sopra descritti, che comporterebbero la caduta a zero dei valori di forza eccentrica. Grazie
all’individuazione su di un piano cartesiano dei tre punti ottenuti, è possibile descrivere una
parabola
il cui vertice, che viene calcolato automaticamente dal programma, corrisponderà al
valore teorico di forza massimale eccentrica ed al carico con il quale può essere prodotto. In tal
modo il soggetto, non solo testerà i suoi valori di forza eccentrica, potendo così paragonare le
capacità dell’arto leso e di quello sano ma avrà anche delle precise indicazioni del carico da
utilizzare in allenamento od in riabilitazione.
30
Figura 11 : I primi due punti del grafico corrispondono a due diversi valori di forza eccentrica, a
carico dei flessori della gamba, espressi dal soggetto testato durante il rallentamento di altrettanti
carichi progressivamente crescenti al leg curl. Il terzo punto corrisponde al valore di carico che
comporterebbe una caduta a zero del valore di forza eccentrica espresso. Il vertice della parabola
rappresenta il valore teorico di massima forza eccentrica ed il carico con il quale può essere
prodotto.
Figura 12: il test di forza eccentrica eseguito in modalità isoinerziale riveste un importanza
particolare per alcuni gruppi muscolari, come i flessori della gamba, per i quali il rapporto forza
eccentrica flessori/forza concentrica estensori costituisce un importante indice di equilibrio
artromuscolare.
Il WORK TEST
Un evento traumatico a livello artro-muscolare, comporta di norma una marcata amiotrofia della
muscolatura insultata ed una perdita di funzionalità, sia muscolare che articolare.
31
Nel caso ad esempio di rottura traumatica isolata od associata del LCA, a cui consegua una sua
ricostruzione chirurgica, normalmente effettuata in artroscopia tramite utilizzazione del tendine
rotuleo, si verifica una marcata amiotrofia della muscolatura della coscia in toto (Gremion e coll.,
1992). L’ipotonotrofia muscolare coinvolge, sia la muscolatura flessoria, che quella estensoria,
anche se la sofferenza muscolare a carico degli estensori appare notevolmente maggiore (Poty e
coll., 1985). La lesione associata del menisco interno sembra aggravare il deficit funzionale
dinamico in flessione, mentre le lesioni a carico del menisco esterno aggraverebbero il quadro
funzionale dinamico estensorio (Poty e coll., 1985). La perdita di tono muscolare, registrabile
soprattutto a carico degli quadricipite femorale si traduce in una perdita di capacità contrattile, sia
durante la contrazione muscolare effettuata secondo la modalità isocinetica, che isometrica (Poty e
coll., 1985; Zaccherotti e coll., 1997). La perdita di forza a carico degli estensori, in pazienti che
abbiano subito un intervento di chirurgia ricostruttiva del LCA, appare essere correlata alla velocità
di contrazione richiesta e diverrebbe particolarmente evidente a basse velocità di contrazione
muscolare (Gobelet e coll., 1984). Il quadro d’ipofunzionalità che si viene a creare comporta quindi
una perdita di forza , potenza e lavoro (inteso come l’integrale della curva forza/spostamento)
dell’arto leso rispetto all’arto sano. Il Work Test permette appunto di quantificare agevolmente ed
obbiettivamente l’entità di tale deficit. Il protocollo del test prevede che il paziente esegua, con un
carico determinato dal terapista, una serie di ripetizioni ad esaurimento muscolare completo
dapprima con l’arto leso, successivamente lo stesso carico e lo stesso numero di ripetizioni vengono
proposte sull’arto sano. Viene in tal modo calcolato il deficit percentuale a carico della forza, della
potenza e della velocità dell’arto leso rispetto al controlaterale sano. Attraverso il Work Test è
possibile inoltre calcolare, sia per l’arto leso, che per l’arto sano la perdita di forza, potenza e lavoro
all’interno della serie effettuata (IR: indice di resistenza ), grazie al rapporto tra la media di tali
valori registrati durante le prime tre ripetizioni e le ultime tre ripetizioni delle serie stessa. L’indice
IR può fornire un’informazione indiretta sul tipo di reclutamento e/o di composizione delle fibre
muscolari costituenti la totalità del muscolo testato. In effetti, dal momento che durante un test
32
effettuato ad esaurimento, grazie ad un fenomeno di turn-over delle unità motrici,
vi è un
reclutamento di tutti i tipi di fibre muscolari che costituiscono il muscolo considerato, un rapido
decremento dei valori di forza e di potenza sarebbe quindi da attribuirsi ad un fenomeno di
affaticamento selettivo delle fibre di tipo rapido, che potrebbe sottoindere ad un diverso pattern di
reclutamento o di composizione di fibre tra l’arto leso ed il controlaterale sano (Synder-Mackler e
coll., 1993).
Figura 13: Attraverso il Work Test è possibile raffrontare, per un determinato carico, la
produzione di forza, potenza e lavoro, tra l’arto leso ed il controlaterale sano, oltre a quantificare
l’Indice di Resistenza (IR), relativo a questi parametri, all’interno della serie, per i due arti
separatamente.
33
L’ EMG TEST
L’elettromiografia di superficie è normalmente utilizzata nell’indagine clinica e funzionale come
una metodologia strumentale idonea a fornire informazioni riguardanti i patterns di attivazione
neuromuscolare dei distretti muscolari considerati (Hodgson JA., 1983; Hutchison e coll., 1989;
Hutton e Atwater, 1992; Bouisset e Maton, 1995).
Il segnale elletromiografico ricavabile attraverso la tecnica dell’elettromiografia di superficie,
dipende infatti ad ogni istante dal numero di unità motorie (UM) attive, dalla loro frequenza di
scarica, dal loro grado di sincronizzazione e dalla forma del loro potenziale di azione (Bouisset e
Maton, 1995).
L’insulto traumatico subito a livello muscolare, può essere la causa di un alterazione del segnale
EMG, in particolare della Ratio Forza/EMG (F/EMG), a carico dell’arto leso nei confronti di quello
registrabile nel controlaterale sano durante l’esecuzione di una contrazione muscolare (Edgerton e
coll., 1996). Questa alterazione del segnale EMG può essere causata essenzialmente da due tipi di
meccanismi, il primo dei quali legato alla sensazione dolorosa percepita durante la contrazione
stessa.
La risposta nocicettiva può essere infatti responsabile di un’alterazione della risposta di molteplici
pool motoneuronici, la cui attivazione sarebbe condizionata, sia dal sito anatomico della lesione
muscolare subita, che dall’intensità della sensazione dolorosa percepita (Schouenborg e coll., 1994;
Edgerton e coll., 1996).
34
Il secondo meccanismo che può causare un alterazione della ratio F/EMG, non è necessariamente
legato alla percezione della sensazione dolorosa da parte del paziente. In alcuni casi infatti la
severità della lesione e la conseguente limitazione funzionale ad essa correlata, non sono
necessariamente accompagnate da una sensazione dolorosa di pari gravità (Edgerton e coll., 1996).
Nell’ambito di questo particolare quadro clinico l’alterazione della ratio F/EMG, a carico dell’arto
leso rispetto al controlaterale sano, può essere imputabile ad un aumento del numero di
motoneuroni reclutati al fine di compensare il deficit di forza del gruppo muscolare leso (Edgerton e
coll., 1996).
Questo particolare tipo di meccanismo compensativo può interessare delle UM appartenenti ad un
area dello stesso gruppo muscolare non direttamente toccata dall’insulto traumatico, oppure
coinvolgere delle UM appartenenti ad altri gruppi muscolari sinergici, che siano in grado di
svolgere lo stesso tipo di azione biomeccanica (Gardiner e coll., 1986; Roy e coll., 1992; Edgerton e
coll., 1996). Nel caso ad esempio di ricostruzione del LCA, di traumi a carico del tendine rotuleo
oppure di patologie rotulee, l’ipotonotrofia e la conseguente perdita di forza, colpirebbe soprattutto
il Vasto Mediale Obliquo (VMO) (Wirhed, 1986), fatto che potrebbe comportare un’alterazione
della ratio EMG Vasto Mediale Obliquo / Vasto Laterale (VMO/VL), compromettendo in tal modo
il pattern di attivazione neuromuscolare dinamico (Edgerton e coll., 1996). In effetti una delle
principali cause d’instabilità del ginocchio conseguente ad intervento ricostruttivo del LCA, in
seguito ad una sua rottura isolata od associata, o del tendine rotuleo, è proprio costituita dall’
ipotonia e dall’ipotrofia del quadricipite femorale, ed in particolar modo del VMO, conseguente al
periodo di ipofunzionalità successivo all’atto operatorio (Brunet-Guedj e Genéty, 1987; Poyhonen e
coll., 1991).
In questo particolare contesto, l’indagine EMG può quindi fornire importanti
informazioni che possono quantificare obbiettivamente il deficit muscolare causato dal periodo di
ipofunzionalità successivo all’atto operatorio (Brunet-Guedj e Genéty, 1987; Poyhonen e coll.,
1991; Poty e coll., 1985; Zaccherotti e coll., 1987). Appare soprattutto interessante, ai fini
diagnostici e preventivi, poter comparare la Ratio VMO/VL dell’arto sano nei confronti del
35
controlaterale leso, un’alterazione di quest’ultima comporta infatti una contemporanea alterazione
dei patterns di attivazione neuromuscolare che potrebbe, in ultima analisi, esporre l’arto leso al
rischio di una recidiva traumatica, soprattutto nella fase in cui il soggetto praticante un’attività
sportiva, alla fine del periodo riabilitativo, si riavvicini attivamente a quest’ultima ( Edgerton e
coll., 1996; Freiwald e coll., 1993). La semplice riacquisizione di forza dell’arto leso nei confronti
del controlaterale sano, testabile attraverso modalità isometriche, isotoniche od isocinetiche, infatti
non garantisce, a nostro parere, un parallelo ripristino dei patterns di attivazione neuromuscolare,
che potrebbero essere comunque sostanzialmente diversi, anche in presenza di un’eguale
espressione di forza, grazie a dei meccanismi muscolari di compenso ( Edgerton e coll., 1996). Una
contemporanea valutazione dinamometrica ed elettromiografia, effettuata grazie all’EMG Test
permette invece di poter disporre di
un quadro valutativo della situazione artro-muscolare
sicuramente più completo ed attendibile.
CONCLUSIONI
Per concludere vorrei citare un esempio, forse banale ma a mio parere molto delucidante in
proposito. Effettuare una valutazione funzionale costituisce, in ultima analisi, un compito molto
simile a quello che si può incontrare durante la costruzione di un puzzle: più tasselli si riescono a
far combaciare tra loro, maggiormente chiara diviene la visione d’insieme finale, inoltre i tasselli
per poter combaciare debbono necessariamente essere tra loro coerenti, ossia incastrabili. Questo ci
può aiutare a capire come nella valutazione funzionale di un arto leso, non esista un test esaustivo
che possa completamente renderci edotti sulla situazione fisiologica indagata, occorre al contrario,
con molta più pazienza, “mettere insieme” numerosi tasselli, che ci permettano una visione
d’insieme finale chiara e coerente.
36
BIBLIOGRAFIA
Angel RW. Electromyografy during voluntary movement: the two burst pattern. Electroenc.
Neurophysiol. 36 : 493-498, 1974.
Armstrong RB. Initial events in exercise induced muscular injury. Med. Sci. Sports Exerc. 22: 429437, 1990.
Armstrong RB., Warren GL., Warren A. Mechanism of exercise induced fiber injury. Sports Med.
12: 184-207, 1991.
Bisciotti GN, Combi F., Forloni F. Per ritrovare la funzionalità. Sport e Medicina. 6: 43-47, 2000 a.
Bisciotti GN., Belli A., Pellis GC. A simple method for evaluating biomechanics characteristics of
bench press exercise. Journal of Sport Medicine & Physical Fitness. 1999 Submitted
Bisciotti GN., Mognoni P., Iodice PP., Canclini A. L’influenza della fase di pre-stiramento sui
parametri biomeccanici del salto verticale. SdS, in corso di stampa.
Bisciotti GN., Pellis GC., Tavagnutti M. La forza massima teorica sistema integrato. Nuova Atletica
142: 16-23, 1997.
Bosco C. Elasticità muscolare e forza esplosiva nelle attività fisico sportive. Società Stampa
Sportiva Roma . pp. 11-47, 1985.
Bosco C. La forza muscolare aspetti fisiologici ed applicazioni pratiche. Società stampa sportiva.
Roma, 1997.
Bosco C. Nuovi metodi di valutazione dei carichi di lavoro. Riabilitazione del traumatizzato e
preparazione fisica dello sportivo. Roma. 109: 109-123, 1991.
Bosco C., Belli A., Astrua M. A dynamometer for evaluation of dynamic muscle work. Eur.J. Appl.
Physiol. 70: 379-386, 1995.
Bosco C., Viitasalo JT., Komi PV. Combined effect of elastic energy and myoelectrical potentiation
during stretch-shortening cycle exercise. Acta Physiol Scand. 114, 4: 557-565, 1982.
Bouisset S., Maton B. Muscles, postures et mouvement. Hermann Editeurs des Sciences et des Arts.
Paris, 1995.
Brue F, Melin B., Lamande JP., Philippe y. Exploration du métabolisme anaérobie en salle d’effort.
Colloque de Toulouse. Bulletin médical de la Féderation française d’athlétisme n°6, 1985.
Brunet-Guedj E., Genéty J. Le genou du sportif en pratique courante (2e Edition) pg 120. Editions
Vigot,1987.
Byrd S. Alterations in the sarcoplasmatic reticulum: a possible link to exercise-induced muscle
damage. Med. Sci. Sports Exerc. 24: 531-536, 1992.
37
Carlson BM., Faulkner JA. The regeneration of skeletal muscle fibers following injury: a review.
Med. Sci. Sports Exerc. 15: 187-198, 1983.
Catlaw K., Arnold BL., Perrin DH., Effect of cold treatment on the concentric and eccentric torquevelocity relationship of the quadriceps femoris. Isokinetics and exercise science (Stoneham, Mass.)
Feb: 157-160, 1996.
Chapman A.E. The mechanical properties of human muscle. Exercice and Sport Science Reviews
13: 443-501, 1985.
Cress NM., Peters KS., Chandler JM. Eccentric and concentric force-velocity relationship of the
quadriceps femoris muscle. Journal .of orthopaedic and sports physical therapy (Baltimore) 16 (2)
Aug : 82-86, 1992.
Dal Monte A., Faina F. Valutazione dell’atleta. UTET Ed. Torino, 1999.
Driss T., Vandewalle H., Monod H. Maximal power and force-velocity relationship during cycling
and crancking exercises in volleyball players. Correlation with the vertical jump test. The Journal of
Sports Medicine and Physical Fitness. 4 (38) December : 286-293, 1998.
Edgerton VR., Wolf SL., Levendowsky DL., Roy RR. Theoretical basis for patterning EMG
amplitudes to assess muscle dysfunction. Medecine and Science in Sports and Exercise 28 (6)744751, 1996.
Freiwald J., Starischka S., Engelhardt M. Rehabilitatives Krafttraining. Deutsche Zeitschrift für
Sportmedizin. Jhrg 44 (9): 376, 1993.
Gardiner P., Michel R., Bowman C., Noble E. Increased EMG of rat plantaris during locomotion
following surgical removal of sinergist. Brain Res. 380: 114-121, 1986.
Garret WE. Jr., Rich FR., Nikolaou PK., Vogler JB., III. Computed tomography of hamstring
muscle strains. Med. Sci. Sports Exerc. 21: 506-514, 1989.
Garret WE. Muscle strain injury: clinical and basic aspects. Med. Sci. Sports Exerc. 22: 439-443,
1990.
Gobelet C., Monnier B., Leyvraz PF. Force isometrique et sport. Medecine du Sport. 58 (1) : 51-56,
1984.
Goubel F. Muscle mechanics. Med. Sport. Sci. Series. 26: 24-35, 1987.
Gransberg L., Knutsson E., Determination of the dynamic muscle strength in man with acceleration
controlled isokinetic movements Acta Physiol. Scand. 119: 317-320, 1983.
Gremion G., Fourticq G., Lacraz A., Meunier C., Chantraine A. Traitement des amyotrophies par
elecrostimulation. Annales de kinesitherapie Paris. 19 (2) : 61-65, 1992.
Herring SA. Rehabilitation of muscle injuries. Med. Sci. Sports Exerc. 22: 453-456, 1990.
Hill AV. The heat of shortening and the dynamic constant of muscle. Proc. Roy. Soc. B. 126: 136195, 1938.
38
Hislop HJ., Perrine JJ. Isokinetic concept of exercise. Phis Ter. 47: 114-117, 1967.
Hodgson JA. The relationship between soleus and gastrocnemius muscle activity in conscious cat –
a model for motor unit recruitement. J. Physiol. 337: 553-562, 1983.
Huijing P.A. Mechanical muscle models. In Komi P.V. (eds) Strength power Blackwell Science,
Oxford, pp 130-150, 1992.
Hutchison DL., Roy RR., Hodgson JA., Edgerton VR. EMG amplitude relationship between rat
soleus and medial gastrocnemius during various motor task. Brain Res. 502: 233-244, 1989.
Hutton RS., Atwater SW. Acute and chronic adaptations of muscle propriocetors in response to
increased use. Sports Med. 14: 406-421, 1992.
Jaskólska A., Goossens P., Veenstra B., Jaskólski A., Skinner JS. Coparaison of treadmill and
cycle ergometer measurements of force-velocity relationship and power output. Int. J, Sports Med.
20 : 192-197, 1999.
Kaufman KR., Chao EYS. A comparison of intersegmental joint dynamics to isokinetic
dynamometer measurements. J. Biomechanics. 28: 1243-1256, 1995.
Kellis E., Baltzopoulos V. Isokinetic eccentric exercise. Sports. Med. 19: 202-222, 1995.
Komi PV. Elastic potentation of muscle and its influence on sport performance. In: W Bauman,
Biomechanics and performance in sport. 59-70, 1987.
Komi PV. Physiological and biomechanical correlates of muscle function: effects of muscle
structure and stretch-shortening cycle on force and speed. In: R.L. Terjung (Ed) Exercise and Sport
Sciences Reviews, Vol. 12, pp 81-121. Collamore Press, Lexington, Mass, 1984.
Labrecque S., Grondin S., Nadeau M. Force-velocity curve on a Nautilus machine. American
Corrective Therapy Journal. 37 (2), Mar-Apr : 53-55, 1983.
Mc Cartney N., Heigenhauser GJF., Jones NL. Power output and fatigue of human muscle in
maximal cycling exercise. J. Appl. Physiol.; Respirat. Environ Exercise Physiol. 55: 218-224, 1983
b.
Mc Cartney N., Heigenhauser GJF., Sargeant AJ., Jomes NL. A constant-velocity ergometer for the
study of dynamic muscle function. J. Appl. Physiol.; Respirat. Environ Exercise Physiol. 55: 212217, 1983 a.
Murphy AJ., Wilson GJ., Pryor JF. Use of iso-inertial force mass relationship in the prediction of
dynamic human performance. Eur. J. Appl. Physiol. 69 : 250-257, 1994.
Nikolaou PK., MacDonald BL., Glisson RR. Biomechanical and histological evaluation of muscle
after controlled strain injury. AM. J. Sports Med. 15: 9-14, 1987.
Norman RW, Komi PV. Electromyographyc delay in skeletal muscle under normal movement
condition. Acta Physiologica Scandinavica. 106, 241, 1979.
39
Peres G., Delgado A., Friemel F., Monod H. La relation force-vitesse sur ergocycle est semblable
obtenue par mesure moyenne ou instantanée de la fréquence de pédalage. Cinesiologie (Paris) 31
(142) mars-avril : 75-79, 1992.
Perrine JJ., Edgerton VR. Muscle force-velocity and power-velocity relationship under isokinetic
loading. Med. Sci. Sport. 10: 159-166, 1968.
Poty P., Padilla S., Castells J. Influence des ruptures du ligament croisé anterieur isolées ou
associées sur les couples de force musculaire de la cuisse. Mèsure par dynamomètrie isokinetique.
Medecine du sport. 59 (2) : 32-38, 1985.
Poyhonen T., Laurinen O., Rahko L., Vanharanta H., Savoilanen J. Surface EMG spectral changes
of vastus medialis after ACL surgery and immobilisation. In : 11th International Congress of World
Confederation for Physical Therapy proceedings. London, World Confederation for Physical
Therapy: Chartered Society of Physiotherapy, pp: 1505-1507, 1991.
Respizzi S. L’esercizio isocinetico: applicazioni e limiti in riabilitazione sportive. In:
Aggiornamenti in riabilitazione sportiva. Edi-ermes Ed. Milano, 1997.
Roi GS., Respizzi S., Buselli P. L’esercizio isocinetico. Alea Ed. Milano, 1998.
Roy RR., Hodgson JA., Chalmers GR., Buxton W., Edgerton VR. Responsiveness of the cat
plantaris to functional overload. In: Medicine and Sports Sciences: Integration of Medical and Sport
Sciences. Vol 37. Y. Sato , J Poortmans, J Hashimoto and Y. Oshida (Eds.). Basel, Switzerland:
Karger Press, 1992, pp 43-51.
Russell B., Dix DJ., Haller DL. Repair of injured skeletal muscle: a molecular approach. Med. Sci.
Sports Exerc. 24: 189-196, 1992.
Sargeant AG., Hoinville E., Young A. Maximum leg force and power output during short-term
dynamic exercise. J. Appl. Physiol. 51: 1175-1182, 1981.
Schouenborg J., Weno HR., Holmberg H. Modular organisation of spinal nociceptive reflexes: a
new hypotesis. N.I.P.S. 9: 261-265, 1994.
Synder-Mackler L., Binder-Macleod SA., Williams PR. Fatigability of human quadriceps femoris
muscle following anterior cruciate ligament reconstruction. Med. Sci. Sport. Exerc. 1993; Jul 25
(7): 783-789.
Taylor DC., Dalton JD. Experimental muscle strain injury. Am. J. Sports Med. 21: 190-194, 1993.
Travell JG., Simons DG. Myofascial Pain and Dysfunction: The trigger Point Manual. Baltimore:
Williams & Wilkins, 1983, pg 35.
Vandewalle H Ergométrie. In: Biologie de l’exercice musculaire. Lacour JE e coll., Masson Ed.
Paris, 1992.
Vandewalle H., Peres G., Heller J., Monod H. Intérêts et limites des relations force-vitesse chez
l‘homme. Science et Motricité. 4: 38-46, 1988.
Wilson G.J., Wood G.A., Elliot B.C. Optimal stiffness of series elastic component in a stretchshorten cycle activity . J. Appl. Physio. 70: 825-833, 1991.
40
Winter Da., Wells RP., Orr GW. Errors in the use of isokinetic dynamometers. Eur. J. Appl.
Physiol. 46 : 397-408, 1981.
Wirhed R. Abilità atletica ed anatomia del movimento. (Ermes Ed.) p 46, Milano, 1986.
Wong DLK., Glasheen-Wray M., Andrews LF. Comparison of quadriceps and hamstring torque
values during isokinetic exercise. J. Orthop. Sports. Phys. Ther. 3: 48-56, 1984.
Zaccherotti G., Aglietti P., Bandinelli I. Long-term isokinetic evaluation of qudriceps and hamstring
strength folllowing ACL reconstruction. A case-control study. Journal of sports traumatology and
related research. 19 (3): 141-158, 1997.
