1- INTRODUZIONE 1.1a) La cellula muscolare e il sarcomero 1.1b) Classificazione delle fibre muscolare 1.1c) Tipi di attività muscolare 1.2) Ipertrofia e forza 1.3) Meccanotrasduzione 1.4) Danno muscolare indotto da contrazione eccentrica 1.5) La teoria del Popping Sarcomere 1.6) Gli indicatori di danno 1.7) Fattori che contribuiscono al danno 2- SCOPO DELLO STUDIO 3- MATERIALI E METODI 3.1) Selezione del campione 3.2) Rispondenza 3.3) Protocollo dello studio 1 Pag 3 Pag 3 Pag 5 Pag 6 Pag 9 Pag 12 Pag 14 Pag 16 Pag 17 Pag 21 Pag 24 Pag 25 Pag 25
Transcript
1- INTRODUZIONE
1.1a) La cellula muscolare e il sarcomero
1.1b) Classificazione delle fibre muscolare
1.1c) Tipi di attività muscolare
1.2) Ipertrofia e forza
1.3) Meccanotrasduzione
1.4) Danno muscolare indotto da contrazione eccentrica
1.5) La teoria del Popping Sarcomere
1.6) Gli indicatori di danno
1.7) Fattori che contribuiscono al danno
2- SCOPO DELLO STUDIO
3- MATERIALI E METODI
3.1) Selezione del campione
3.2) Rispondenza
3.3) Protocollo dello studio
3.4) Questionario
3.5) Valutazione clinica
3.6) Valutazione sperimentale
3.7) Indicatori di effetto
3.8) Strumenti utilizzati
3.8.1) Dinamometro
3.8.2) Goniometro
3.8.3) Metro a nastro
3.8.4) Macchina isocinetica
1
Pag 3
Pag 3
Pag 5
Pag 6
Pag 9
Pag 12
Pag 14
Pag 16
Pag 17
Pag 21
Pag 24
Pag 25
Pag 25
Pag 25
Pag 25
Pag 26
Pag 27
Pag 28
Pag 30
Pag 30
Pag 30
Pag 33
Pag 33
Pag 34
4- RISULTATI
4.1) Omogeneità del campione
4.1.1) Caratteristiche fisiche dei soggetti
4.1.2) Baeke Scale
4.1.3) Caratteristiche influenti la forza espressa
4.2) Risultati test clinici e sperimentali
4.2.1) Risultati test isometrico e isocinetico a T0
4.2.2) Risultati test isometrico a T1 e T2
4.2.3) Risultati test isocinetico a T1 e T2
5- DISCUSSIONE
5.1) Limiti dello studio
5.2) Sviluppi futuri
6- CONCLUSIONI
7- ALLEGATI
8- BIBLIOGRAFIA
2
Pag 35
Pag 35
Pag 35
Pag 38
Pag 39
Pag 41
Pag 41
Pag 44
Pag 46
Pag 50
Pag 50
Pag 52
Pag 53
Pag 55
Pag 60
1. INTRODUZIONE
Un obiettivo che spesso si prefigge un fisioterapista è l’aumento della forza o
del trofismo muscolare in soggetti con disabilità. Usualmente si
somministrano esercizi con pesi o a corpo libero per indurre modificazioni
del sistema muscolo-scheletrico. Comunque ci sono ancora molti dubbi sullo
stimolo biomeccanico che può portare la cellula a ipertrofia e la sua efficacia
in termini di aumento di Forza.
1.1a Cenni di fisiologia muscolare
Il tessuto muscolare è costituito da fibre, cellule di forma allungata, tra loro
separate da una membrana, l’endomisio. Le fibre sono delimitate da una
membrana cellulare chiamata sarcolemma che racchiude il sarcoplasma quasi
completamente occupato dalle miofibrille indispensabili per la contrazione
muscolare e dai mitocondri che producono energia utile alla contrazione stessa.
L’insieme di queste fibre avvolte dal perimisio, formano i fascicoli, e l’insieme di
quest’ultimi circondati da un ulteriore strato connettivale chiamato epimisio
formano il ventre muscolare (fig.1).
3Figura 1: costituzione di un muscolo scheletrico
Ogni miofibrilla è costituita dal sarcomero, l’unità funzionale del muscolo, lungo
circa 4 µm e costituito da molecole coinvolte principalmente nella contrazione
muscolare: l’actina e la miosina. Ogni sarcomero è limitato da linee Z alle quali
sono connesse i filamenti sottili formati da actina, troponina, tropomiosina; al
centro invece è presente la linea M dalla quale partono i filamenti spessi costituiti
da miosina. Esistono altre proteine utili all’integrità del sarcomero: la nebulina
disposta in prossimità dell’actina che controlla il numero di monomeri dell’actina
stessa posti su ogni filamento; la titina che aiuta a mantenere la miosina centrata
rispetto alle linee Z; la desmina, responsabile dell’apparenza striata del tessuto
muscolare collega le linee Z di ogni sarcomero in parallelo (fig.3).
4
Figura 2: cellula muscolare
Figura 3: sarcomeri in parallelo e relative strutture
1.1b Classificazioni delle fibre muscolari
Le fibre muscolari possono differire per caratteristiche morfologiche, metaboliche
e proprietà contrattili. Si suddividono principalmente in due gruppi caratterizzati
dalla diversa capacità di contrarsi dovuta principalmente ad una diversa attività
ATPasica. Le fibre di tipo I sono note anche come rosse, lente o ST (slow twich).
Gli impulsi nervosi che arrivano alla cellula posseggono una velocità di
conduzione bassa (60-80m/s) e una frequenza di impulsi bassa (5-30 Hz). Sono
innervate da un motoneurone piccolo ma che comanda un numero elevato di fibre.
Possiedono un rilevante numero di mioglobina (proteina contenente il ferro da qui
il nome di fibra rossa, che ha un’alta affinità con l’ossigeno) e una rete capillare
per unità di superficie nettamente elevata. La banda Z è più larga rispetto alle fibre
di tipo II e il metabolismo è di tipo ossidativo anaerobio.
Le fibre di tipo II chiamate anche fibre bianche, veloci o FT (fast twich) si
distinguono in IIA e IIB.
Le IIA hanno delle peculiarità miste ma con metabolismo glicolitico. Posseggono
una velocità di conduzione elevata (80-100 m/s) e una frequenza di eccitazione di
circa 60-70 Hz. La contrazione avviene con tensioni elevate e in misura più
rapida. Le cellule sono grandi e innervate da motoneuroni di grandi dimensioni
ma che controllano un numero limitato di fibre. Le miofibrille sono superiori
numericamente rispetto alle fibre di tipo di tipo I ma con una lunghezza delle fibre
e dei sarcomeri maggiore. Il contenuto di mioglobina è basso così come il numero
dei mitocondri. Queste cellule hanno la possibilità di rilasciare calcio nel
citoplasma molto rapidamente permettendo così un “aggancio-sgancio” della
5
miosina-actina molto veloce. Il metabolismo è indirizzato verso un sistema
anaerobico.
Le fibre di tipo IIB hanno una alta velocità di conduzione (80-130 m/s) e una
frequenza di impulsi molto alta (60-100 Hz) si azionano quindi con tensioni
elevate. Esse esprimono una potenza elevata e possiedono un metabolismo di tipo
anaerobico.
1.1c Tipi di attività muscolari
Il muscolo scheletrico può effettuare tre tipi di contrazione: concentrica,
isometrica, eccentrica. Nella contrazione concentrica, l’unità muscolo-tendinea si
accorcia e genera tensione; il lavoro che viene effettuato è positivo e il movimento
provocato è nella stessa direzione della contrazione. Nel lavoro di tipo eccentrico,
il muscolo, mantenendo attiva la contrazione, s’allunga a causa di una resistenza
esterna che può essere anche maggiore della forza massima. La tensione è
generata dalle proprietà elastiche del muscolo e dalla contrazione delle miofibre;
Il lavoro espresso è negativo e il movimento è nella direzione opposta della
contrazione. Nel lavoro di tipo isometrico, il muscolo genera tensione senza
variare la sua lunghezza.
La tensione generata dalla contrazione eccentrica è più alta rispetto alle altre due e
il picco di tensione è più marcato con la contrazione eccentrica, seguita
dall’isometrica e dalla concentrica (Friden et al., 2001)
6
La contrazione concentrica e quella isometrica seguono il principio per cui vi sia
prima il reclutamento delle fibre toniche seguito da quelle fasiche. Nella
contrazione eccentrica, le fibre reclutate maggiormente sono quelle fasiche di tipo
II B.
Inoltre, i due tipi di contrazione consumano ossigeno in modo diverso. Il maggior
costo metabolico avviene nella fase concentrica che utilizza una quantità triplice
di ossigeno rispetto al lavoro eccentrico (Dudley et al., 1991).
In tutti i tipi di contrazione la circolazione sanguigna è compromessa ad alti livelli
di tensione prodotta; 10 ripetizioni all’85% della massima contrazione volontaria
produce un aumento della pressione intramuscolare che limita il flusso venoso ma
non è sufficiente a bloccare il flusso arterioso. Sebbene con l’attività eccentrica si
registrano i più alti valori di tensione prodotta, non vi è un aumento della
pressione rispetto all’isometrica e alla concentrica (Styf et al., 1995).
7
Figura 4: Relazione tra lunghezza muscolare,velocità e forza espressa
Il minor costo metabolico della contrazione eccentrica porta a una bassa
percezione della fatica e questo ha di sicuro dei benefici psicologici durante un
allenamento muscolare. Infatti se si paragona la corsa in discesa (eccentrica) con
un lavoro in bicicletta(concentrica), nonostante i valori fisiologici siano più o
meno allo stesso livello, la fatica percepita è senza dubbio minore nel gruppo che
effettua la corsa in discesa. (Thomas et al., 1994)
L’allenamento con differenti lavori comporta risultati diversi in termini di
aumento del volume muscolare. Per esempio, un lavoro isometrico eseguito per
16 settimane aumenta il volume muscolare del 20% delle fibre di tipo I, del 27%
di tipo II del soleo e del 50% delle fibre di tipo II ma non del tipo I del capo
laterale del gastrocnemio. Inoltre, l’aumento del volume muscolare è maggiore in
un programma eccentrico-concentrico (fibre di tipo I: 14% di aumento; tipo II
32% di aumento) rispetto a un programma solo concentrico (23% di aumento
delle fibre di tipo II) (Enoka Roger M.).
8
1.2 Ipertrofia e forza
“Physiological cross section area is direct proportional to the maximum
titanic tension that can be generated by muscle.” (Lieber et al., 2002). La forza
è direttamente proporzionale alla sezione muscolare fisiologica.
La modificazione strutturale che porta all’aumento della massa muscolare,
correlato ad un aumento della forza, si chiama ipertrofia. L’ipertrofia è dovuta
all’aumento delle dimensioni delle singole cellule muscolari correlato ad un
aumento della sintesi proteica che coinvolge tutte le strutture subcellulari ma in
particolare le miofibrille contrattili. Infatti vi è un’aggiunta di sarcomeri in
parallelo, accompagnata dall’aggiunta di sarcomeri in serie anche se in misura
minore (Sahrmann, 2005) oltre che un irrobustimento e inspessimento del
connettivo in particolare dei legamenti e dei tendini.
Esiste un altro fenomeno che porta ad un aumento della massa muscolare
chiamato iperplasia: di questo meccanismo sono responsabili le cellule satelliti
9
Figura 5: Sezione di muscolo in condizione di controllo e in ipertrofia;il diametro medio delle fibre ipertrofiche va dal 34% al 54% rispetto al controllo
disposte tra la lamina basale e quella capillare che sono quiescenti ma si attivano e
proliferano in caso di lesioni muscolari creando nuove cellule muscolari.
Comunque sia, il meccanismo maggiormente responsabile dell’aumento di
volume in risposta al potenziamento muscolare è l’ipertrofia, quindi l’aumento di
volume delle cellule già esistenti (William D, 1998).
In termini generali, si possono identificare diversi fattori che interagiscono nel
determinare un aumento della forza; dalla componente genetica, a quella ormonale
e nervosa per arrivare, infine, alla modificazione strutturale.
10
Figura 6: il ruolo giocato dall’adattamento nervoso e muscolare nell’allenamento.
Di sicuro il rapido miglioramento della forza che si verifica sin dai primi giorni di
allenamento è dovuto a un processo di facilitazione a livello nervoso che consente
il reclutamento di un maggior numero di unità neuromotorie (William D, 1998).
Sono necessari anche fattori ormonali e metabolici come l’insulina, l’ormone della
crescita, testosterone che sono la chiave del processo di adattamento muscolare.
Il vero “promotore” e il più grande stimolo, senza il quale non vi sarebbe la
cascata di eventi che porta poi a una sintesi proteica, è a livello biomeccanico. Ma
qual è lo stimolo a livello meccanico, che si traduce in una risposta biochimica?
1.3 Meccanotrasduzione11
Molti studi sono stati intrapresi per capire quale stimolo causa la risposta da parte
dell’organismo all’ipertrofia, in quanto il muscolo è una cellula meccanocita che
sa promuovere adattamenti e cambiamenti strutturali a seconda degli stimoli
meccanici che riceve (Goldspink et al., 1992).
Già nel 1992, Vandemburg trovò che l’allungamento intermittente di cellule
muscolari in coltura, aumenta la sintesi di differenti prostaglandine che possono
modulare la sintesi e la degradazione proteica (Vandemburg et al., 1992). Ad
oggi è ormai chiaro che l’allungamento è un potente stimolante della sintesi
proteica e della crescita muscolare anche perché influenza l’espressione genetica
che determina il fenotipo delle fibre muscolari. (Goldspink et al., 1992, Booth et
al., 1998, Zanchi et al., 2007). L’allungamento combinato con la stimolazione
elettrica, ha prodotto risultati molto positivi riguardo l’aumento di volume
muscolare, tanto che sembrano essere questi due fattori biomeccanici, la chiave
per indurre ipertrofia nella cellula muscolare. Infatti, se l’elemento più sensibile
all’allungamento si trova in corrispondenza delle linee Z, subirà una tensione
molto alta causata dall’allungamento delle componenti in serie e l’attivazione
delle strutture contrattili che genereranno una trazione sulla linea Z in direzioni
opposte (Goldspink et al., 1999). L’attività muscolare che più si avvicina allo
stimolo biomeccanico per indurre ipertrofia, è quella eccentrica; la contrazione
concentrica da sola, teoricamente, non può portare a questo stimolo. Durante la
contrazione eccentrica, il muscolo è sottoposto a entrambi gli stimoli sia
l’allungamento che la contrazione, mentre nella contrazione concentrica, lo
stimolo dell’allungamento non avviene o avviene con minor intensità.
12
Negli ultimi anni, molti studi sono stati fatti per cercare di capire quali sono le
molecole implicate nella cascata del segnale intracellulare che culmina con
l’aumento della sintesi proteica e si è visto che la protein chinasi target of
rapamycin (mTOR), gioca un importante ruolo (Bodine et al., 2001; Reynolds et
al., 2002; Pallafacchina et al., 2002; Hornberger et al., 2003). L’attivazione di
mTor tramite altre chinasi, PI3K e Akt, (Stokoe et al., 1997) induce l’attivazione
del suo effettore, ribosomal protein kinase (S6p70s6k) (Bodine et al., 2001).
L’attivazione di questa molecola, possibile solo con un sovraccarico, induce la
maturazione di mRNA codificanti le proteine ribosomiali. Conseguentemente sia
ha un aumento dei ribosomi funzionanti che sono la condizione necessaria per un
aumento della sintesi proteica. Eliasson ha condotto studi su modelli umani e ha
osservato che la massima contrazione eccentrica, molto probabilmente a causa
degli stimoli di allungamento e tensione, era più efficiente nell’attivare la p70s6k
rispetto a una contrazione massimale concentrica.
Sembra dunque che per attivare questa cascata sia necessaria un’attività muscolare
che permetta una sovraccarico e un allungamento delle strutture contrattili.
Bisogna però ricordare che quasi sempre, correlato alla contrazione in eccentrica,
vi è il danno muscolare che può provocare dolore e disfunzione. Non è ancora
chiaro se il danno muscolare da contrazione in eccentrica sia necessario per
aumentare la sintesi proteica e quindi portare a ipertrofia e maggior forza. Non è
ancora stata studiata una relazione tra danno subito e incremento di forza e
trofismo muscolare.
1.4 Danno muscolare indotto da contrazione eccentrica13
Nel sarcomero, come abbiamo visto, la zona più sottoposta alla tensione durante
una contrazione eccentrica è la linea Z. Infatti, è la prima struttura che viene
colpita nei danni muscolari perché è in una posizione in cui la contrazione attiva
causa una trazione nel verso opposto dell’allungamento delle strutture in serie.
Nelle biopsie dei sarcomeri analizzati dopo contrazione concentrica, isometrica,
eccentrica e allungamento passivo, si è visto che una significativa porzione di
fibre allenate con contrazione eccentrica mostravano disturbi delle linee Z. In
alcuni casi vi era un disallineamento in altri una vera e propria rottura (Figura 7).
Il danno spesso riguarda anche il sarcolemma, i tubuli T, i filamenti di miosina e
anche la desmina. (Lieber et al., 2001)
Figura 7 Panello A - Fibre allenate isometricamente; panello B- Fibre allenate
mediante concentrazione eccentrica. Si può notare che nel panello A, le linee Z sono
perpendicolari alle miofibrille mentre nel panello B, in alcuni sarcomeri, si notano linee
Z disallineate o addirittura distrutte.
14
L’azione meccanica dell’esercizio eccentrico colpisce principalmente la
membrana e i dischi Z. La demolizione della desmina, invece, avviene circa dopo
15 minuti dall’esercizio (Lieber et al., 1996); quindi, si suppone che l’azione
meccanica attivi nella cellula vie di trasduzione del segnale che portano alla
distruzione di altre strutture, non direttamente colpite dall’azione meccanica. La
membrana e specialmente i tubuli T sono esposti a una grande deformazione che
può portare a una perdita di ioni Ca++ a causa della rottura dei tubuli o del reticolo
sarcoplasmatico. La presenza massiccia di calcio può portare all’attivazione di
proteasi endogene che possono degradare la fibra muscolare. In particolare, le
proteine più suscettibili all’azione delle proteasi sono la desmina e la α-actinina,
mentre la miosina e la actina non subiscono effetti. Le conseguenze sono
comunque nefaste per l’integrità della cellula e soprattutto sulla capacità di
generare tensione. Quello che non è ancora chiaro è perché non tutti i sarcomeri
della fibra muscolare subiscono il danno.
15
Figura 8: Schema di come avviene il danno nel muscolo; gli ioni calcio sono rappresentati da puntini neri ;B:il loro aumento nella cellula porta all’idrolisi di filamenti come la desmina; il
risultato è la distruzione dell’apparato strutturale della miofibrilla (C).
1.5 La teoria del “Popping sarcomere”
Morgan (1990, 2006) provò a spiegare il diverso danno relativo ai sarcomeri, con
la sua teoria del popping Sarcomere. Morgan concentrò i suoi studi sulla
contrazione eccentrica e i fattori che inducono maggior danno a livello dei
sarcomeri. Postulò che in una fibra muscolare i sarcomeri hanno una variabilità
nella loro forza; questo si presenta quando vi sono dei sarcomeri con lunghezza
diversa tra loro, o vi è una variazione tra il numero di ponti miosina-actina.
Se si immagina una fibra muscolare allungarsi lentamente, tutte le componenti in
serie verranno portate a una propria lunghezza soglia, ma esisteranno dei
sarcomeri più lunghi e perciò più deboli che raggiungeranno prima degli altri la
propria lunghezza soglia. Ciò generera un allungamento non uniforme poiché
avviene in maniera più veloce nei sarcomeri più deboli. Quest’ultimi con
l’aumentare dell’allungamento non saranno più in grado di mantenere la tensione
sviluppata e si allungheranno ancora più rapidamente fino a che solo le strutture
passive potranno contrapporsi alle forze in gioco.
Il termine popping è usato infatti per descrivere questo incontrollato allungamento
istantaneo del sarcomero che lo porta in una situazione in cui solo le strutture in
serie contrastano la tensione. Secondo la teoria di Morgan, il danno muscolare
indotto da contrazione eccentrica avviene a causa di un allungamento non
uniforme della fibra che causa in determinati sarcomeri il danno, portando a una
grande deformazione le membrane cellulari e i tubuli T e causando quel
meccanismo spiegato in precedenza che compromette l’integrità della cellula la
sua funzione contrattile.
16
1.6 Gli indicatori del danno muscolare
Finora è stato descritto come avviene il danno, quale è la causa e quali sono le
strutture del sarcomero coinvolte.
Quali sono però i segni e le caratteristiche di un evidente danno muscolare e quali
di questi parametri è il più affidabile come indice di gravità del danno?
Nella ricerca vengono utilizzati diversi indicatori di danno. La biopsia è uno di
questi ed è il più diretto ma non si può escludere che la biopsia stessa possa
causare ulteriori danni e inoltre, non riguarda tutto il muscolo ma solo punti
focalizzati per cui si può sovra- o sotto-stimare il danno. Conseguentemente, gli
studiosi hanno cercato altri indici indiretti per poter misurare il danno.
Warren (1999) riporta che gli indicatori di danno maggiormente usati negli studi
sono: il dolore e la dolorabilità, l’analisi di alcune proteine nel sangue e la
massima forza volontaria esprimibile
17
Figura 9: Tempo trascorso dopo l’esercizio massimale in eccentrica e variazione degli indicatori di danno. Una freccia minor aumento/decremento; 2
frecce moderato aumento/decremento; 3 frecce largo aumento/decremento. SOR(soreness): dolore. CK(creatin kinasi). STR(strenght):forza. T2( presenza
di edema visibile in immagini di risonanza magnetica)
Il dolore come schematizzato nella figura 9 con SOR (soreness), non si presenta
subito dopo l’esercizio, ma dopo alcune ore fino ad avere il picco massimo dalle
24 alle 48 ore post-esercizio e risolversi entro 7 giorni dall’evento. È possibile
che il gonfiore provocato dall’infiammazione aumenti la pressione interna del
muscolo provocando la sensazione di dolore. L’istamina e le prostaglandine,
attive durante il danno, attivano le vie nervose che trasportano il messaggio del
dolore alla corteccia.
Il dolore è comunque soggettivo e poco oggettivabile in quanto non può sussistere
la relazione per cui il dolore è proporzionale al danno ma la sua positività rimane
comunque un indicatore utile (Clarkson 2002).
Le analisi delle proteine: nel sangue si è trovato una correlazione indiretta tra il
loro aumento e la presenza di danno muscolare. Le proteine indice sono: lattato
deidrogenasi, l’ aspartato aminotransferasi, la troponina e la creatin chinasi che è
il marker più utilizzato. La CK, rilasciata dal muscolo nel sistema linfatico, viene
trasportata nel dotto toracico per poi entrare in circolo. Anche questo indice non
aumenta subito dopo il danno, ma dopo un giorno, e il picco è riscontrabile verso
il 4° e il 5° giorno. Purtroppo, questo indicatore ha una variabilità elevata: infatti,
i valori trovati, utilizzando i protocolli sperimentali in cui si inducevano
contrazioni massimali, erano decisamente più alti (10000 U/L) rispetto a quelli
trovati dopo un allenamento di corsa in discesa (100 U/L)(Clarkson 1992). Inoltre,
esercizi eseguiti una settimana dopo il protocollo di serie in eccentrica, portavano
elevati valori di CK nonostante il danno non fosse rilevato da altri indicatori come
la biopsia.
18
Sorichter (1995) suggerisce che alti valori di CK trovati nel sangue possano essere
dovuti a un drenaggio dell’enzima dal muscolo danneggiato. Elevati livelli di CK
nel sangue, sono correlati a danni muscolari, confermati da biopsia, ma bisogna
tenere conto del fatto che la presenza di CK può essere influenzata dal sistema
linfatico. Lo conferma un altro esperimento eseguito da Havas (1997) dove i
soggetti venivano sottoposti a una corsa di 18 km; alla fine un gruppo eseguiva le
attività di tutti i giorni mentre un secondo gruppo riposava a letto; in quest’ultimi
l’aumento di CK era significativamente basso.
Un altro indicatore di danno muscolare molto utile che correla maggiormente il
muscolo e le sue strutture è quello della perdita di forza. Il decremento di forza,
visibile in seguito a un lavoro, come quello concentrico che non produce danno, è
dovuto principalmente alla fatica metabolica e neurofisiologica ed è reversibile
entro poche ore. La diminuzione di forza, invece, dopo un lavoro di tipo
eccentrico è più marcata e può raggiungere il 50% in meno rispetto al valore di
forza massima iniziale. Il deficit di forza può durare fino a una settimana ed è
causato da un danno a livello delle strutture contrattili che si sono stirate (strain)
in seguito all’allungamento attivo del muscolo. Un’altra causa di questo deficit di
forza è, secondo Edward (1997), il fallimento della coppia eccitazione-contrazione
dovuto a una dispersione degli ioni calcio fuoriuscite dai reticoli sarcoplasmatici
in seguito alla loro rottura. Deschen (2000) studiò la relazione tra tensione
sviluppata e valori elettromiografici e trovò che nei 10 giorni post-esercizio si ha
una diminuzione dell’efficienza neuromuscolare, intesa come capacità degli
elementi contrattili a rispondere all’input neurale. L’idea che il dolore potesse
essere una causa di diminuzione di forza, è stata confutata da Newham (1987),
19
che, dopo un protocollo di esercizi in eccentrica, stimolò il muscolo dolente
durante una massima contrazione volontaria con una eccitazione elettrica; questo
non portava a miglioramenti di produzione di tensione maggiore, suggerendo che
sebbene il soggetto provasse dolore non era in grado di reclutare completamente i
propri muscoli.
20
Figura 10: Il differente deficit di forza in seguito a contrazione eccentrica è dovuto principalmente dallo stiramento e non tanto dalla velocità con cui si effettua l’esercizio.
1.7 Fattori che influiscono il danno muscolare
Durante un esercizio i parametri che si possono modificare sono il carico, le
ripetizioni, la velocità di esecuzione e la lunghezza muscolare iniziale.
Ovviamente un carico maggiore induce un notevole aumento di tensione a livello
delle linee Z ed è proporzionale la relazione maggior carico/maggior rischio di
danno muscolare. Meno chiara e conosciuta è invece l’influenza della velocità di
esecuzione e la lunghezza muscolare di partenza di un determinato esercizio.
In tutti gli studi sul danno muscolare indotto da contrazione eccentrica è stato
usato come indicatore il deficit di forza massima esprimibile. Interessanti sono
gli studi in situ di un gruppo di ricercatori (Brooks 2000). Essi stimolarono
elettricamente delle fibre muscolari ricercando la loro forza massima e nello
stesso momento le allungarono al 30, 40, 50% della loro lunghezza iniziale,
simulando una contrazione eccentrica. L’allungamento era effettuato a una
velocità di 1, 2, 4, 8, 16 Lf (lunghezza della fibra)/s. Il deficit muscolare registrato
con una seconda stimolazione, dimostrò che il fattore principalmente implicato nel
danno muscolare è l’entità dell’allungamento e non la differente velocità (Fig.10)
21
Come si evince dal grafico in Fig.10, la relazione deficit di forza/velocità di
allungamento non è forte e piuttosto ad alti stiramenti, la velocità influisce in
maniera più consistente.
Di ben altra entità e più vicino all’esercizio eccentrico è lo studio effettuato da
Butterfield (2006). L’esperimento in - vivo su cavie da laboratorio, entro range
fisiologici di movimento, porta l’evidenza scientifica in un contesto più vicino
all’esercizio terapeutico. I gruppi erano divisi per lunghezza muscolare di
partenza. Un gruppo partiva a 70° di flessione plantare per arrivare a 115°, l’altro
a 95° fino a 145°. Il muscolo veniva stimolato e allungato a velocità costante per 5
serie da 10 ripetizioni. La forza pre e post esercizio era valutata isometricamente
da 55° a 155°, misurandola ogni 5°.
I grafici mostrano la relazione tra l’angolo della tibiotarsica e la forza prodotta
isometricamente. SOS è il primo gruppo dove l’esercizio partiva a un lunghezza
muscolare minore. Si può notare nella Fig.11 un decremento di forza maggiore nel
22
Figura 11: Il grafico mostra il deficit di forza dopo contrazione eccentrica nel gruppo che partiva da lunghezza muscolare minore.
range che va da 55° a 70° che può raggiungere anche il 27% di deficit di forza
rispetto ai valori iniziale
SPL è invece il secondo gruppo che partiva da una lunghezza muscolare
maggiore. Si può vedere in Fig.12 il notevole decremento dei valori post-esercizio
maggiormente tra gli 85° e i 100°. Il picco di decremento di forza può raggiungere
il 50% rispetto ai valori pre-esercizio. Butterfield confermò con il suo studio
l’idea che la lunghezza muscolare di partenza di un esercizio è il parametro chiave
nell’indurre il danno muscolare; i fattori che portano al danno muscolare e a un
relativo decremento di forza sono la produzione di tensione molto alta e
l’iperestensione dei sarcomeri già allungati.
23
Figura 12: Il grafico mostra il deficit di forza dopo contrazione eccentrica nel gruppo che partiva da lunghezza muscolare maggiore.
2 SCOPO DELLO STUDIO
Prendendo spunto dalle ricerche, effettuate su cavie da laboratorio, sui fattori che
inducono il danno muscolare (Butterfield 2006) in seguito a contrazioni in
eccentrica è stato proposto uno studio simile sull’uomo.
L’obiettivo è quello di capire se esisteva una relazione tra il danno muscolare
indotto da contrazione eccentrica e le differenti lunghezze di partenza del muscolo
quadricipite.
Il campione dello studio è costituito da 2 gruppi di soggetti: A e B.
Il gruppo A comprende 11 soggetti che hanno effettuato il protocollo partendo con
una lunghezza muscolare maggiore. Il gruppo B include 10 soggetti che sono
partiti con il muscolo più accorciato.
Gli indicatori di effetto scelti sono: la forza espressa durante un test isometrico e
la performance realizzata su una macchina isocinetica
I risultati di questo studio potrebbero essere utilizzati in ambito riabilitativo nei
programmi di potenziamento o essere importanti nella scelta di determinati
allenamenti per l’atleta.
Questo studio preliminare si prefigge quindi di indagare se, nell’ambito del
rinforzo muscolare utilizzando sovraccarichi in contrazione eccentrica,
l’esecuzione di un esercizio con posizioni di partenza diverse, rispetto alla
lunghezza muscolare, possa influenzare la quantità di un eventuale deficit di forza.
24
3 MATERIALI E METODI
3.1 Selezione del Campione:criteri di inclusione e di esclusione
I soggetti che hanno preso parte allo studio sono stati reclutati durante l’anno
accademico 2008/2009.
Si è definito di non includere nello studio soggetti di sesso femminile, atleti
professionisti e soggetti molto allenati e di applicare dei criteri di selezione per
escludere fattori che potessero influenzare il recupero della forza o la risposta
adattativa dopo il test in eccentrica.
In particolare sono stati esclusi:
- soggetti che non appartengono alla fascia di età compresa tra i 18-30 anni
- atleti professionisti
- persone che s’allenano più di tre volte a settimana
3.2 Rispondenza
Tutti i soggetti contattati (n = 41) sono stati disponibili nell’effettuare i test e
tornare il giorno seguente per la valutazione.
3.3 Protocollo dello studio
I soggetti facenti parte dello studio sono stati valutati presso il Policlinico di
Monza (sede di Verano Brianza).
La seduta di valutazione è stata divisa su due giornate; in prima giornata i soggetti
hanno compilato un questionario e si sono sottoposti a test strumentali tramite i
quali è stato possibile raccogliere i dati di base ed identificare il corretto carico da
assegnare per il protocollo di sovraccarico (T0). Successivamente ai test
strumentali i soggetti sono stati sottoposti al protocollo di sovraccarico ed ad una
25
prima rivalutazione della performance muscolare tramite test strumentali (T1). In
seconda giornata i soggetti sono stati rivalutati mediante l’utilizzo di questionari e
l’esecuzione di test strumentali (T2).
3.4 Questionario
A tutti i soggetti è stato somministrato un breve questionario per raccogliere i
parametri antropometrici , la raccolta dei dati relativi all’attività fisica e il grado di
allenamento dei singoli soggetti è stata effettuata con la somministrazione della
Baecke Scale (Baecke et al., 1982); questa comprende una serie di domande
riguardanti l’attività fisica abituale, comprendente il lavoro, lo sport e l'attività
non sportiva durante il tempo libero. I punteggi finali sono stati ottenuti
utilizzando un foglio di lavoro Excel creato e utilizzando il “Baecke Scoring
Form”, con i valori necessari. È stata inoltre inserita una scala VAS per l’intensità
del dolore; è una linea di dieci cm in cui lo zero corrisponde all’assenza di dolore
e dieci al dolore massimo, sulla quale i soggetti dovevano indicare con una x
l’intensità del dolore. Per valutare la fatica abbiamo utilizzato la scala Borg
modificata su 10 punti in cui lo 0 indicava nessuna sensazione di esaurimento e il
10 il massimo sforzo concepito.
26
(T0) valutazione
iniziale
(T1)valutazione
dopo eccentrica
(T2)valutazione24 ore dopo
Gruppo A = 21 Gruppo A = 21 Gruppo A = 21Gruppo B = 20 Gruppo B = 20 Gruppo B = 20
Tot = 41 Tot = 41 Tot = 41
Tabella 1
La valutazione del dolore e della fatica veniva effettuata:
all’inizio, T0a
dopo il test isocinetico, T0b
20 minuti dopo il test isocinetico, T0c
dopo il protocollo di sovraccarico in eccentrica, T1a
dopo la rivalutazione con test isocinetico, T1b
Il giorno dopo veniva rivalutata il dolore e la fatica prima (T2a) e dopo (T2b) del
test isocinetico.
Al fine di poter utilizzare i dati raccolti è stato fatto firmare un consenso
volontario per l’autorizzazione al trattamento dei dati, come previsto dal decreto
legislativo sulla privacy (Legge 675/96, allegato 2).
La raccolta dati è stata effettuata da un operatore che era a conoscenza
dell’appartenenza dei soggetti nei due gruppi (studio non in cieco).
3.5 Valutazione clinica
Tutti i soggetti sono stati sottoposti a una valutazione clinica da parte di un
operatore per meglio osservare le caratteristiche specifiche di ogni soggetto che
successivamente verranno relazionate con i dati sperimentali.
Il soggetto veniva invitato a mantenere la posizione eretta in una posizione a lui
naturale e in questo modo venivano rilevate alcune misure antropometriche al fine
di conoscere i parametri corporei della persona valutata. Le rilevazioni eseguite
sono state:
- Circonferenza coscia:misurata a 10 cm dall’angolo superiore della rotula
con un metro a nastro
27
- Lunghezza tibia: misurata dall’apofisi tibiale al malleolo interno con un
metro a nastro
3.6 Valutazione sperimentale
Per valutare gli effetti di un eventuale danno muscolare ci siamo avvalsi di
indicatori come il dolore e la massima forza volontaria esprimibile.
La valutazione strumentale della forza constava di due test effettuati a T0, dopo il
protocollo di sovraccarico -T1-, e 24 ore dopo -T2-.
Misurazione 1: TEST ISOMETRICO.
Il soggetto si fa sedere sul lettino con le gambe piegate e i piedi che non poggiano
a terra. Il dinamometro è attaccato a una cavigliera e stabilizzato da un
operatore;la cavigliera è legata a una corda fissata al lettino. Si richiedeva una
spinta massimale in estensione dell’arto dominante partendo con il ginocchio
flesso a 90°. Poi si ripeteva la misurazione a 45°. Gli angoli sono stati misurati
con goniometro. Saranno effettuate tre prove per angolo e per ottenere la forza
isometrica verrà calcolata la media dei 3 valori acquisiti.
Misurazione 2: TEST ISOCINETICO
Con la macchina isocinetica si ottengono i valori di coppia massima (Nm) per
ogni grado dell’estensione a una velocità angolare costante. Il soggetto si sedeva
sulla macchina e veniva legato con delle cinture per fissare tronco e bacino ed
evitare compensi. Il test era sull’arto dominante. Si eseguivano due prove: una da
5 ripetizioni a 150°/s e l’altra da 10 ripetizioni a 100°/s.
Il valore di forza massima esprimibile (peak torque) è stato calcolato con la
seguente formula:
MCV = Cmax / Lt
28
Dove
MCV è la massima contrazione volontaria espresso in newton (N)
Cmax la coppia massima acquisita con la macchina isocinetica espressa in
newton per metri (Nm)
Lt la lunghezza della tibia dall’inserzione del quadricipite sulla tibia ai malleoli
espressa in metri (m).
PROTOCOLLO DI SOVRACCARICO IN ECCENTRICA
L’esercizio si svolgeva sulla leg-extension. I soggetti sono stati istruiti per evitare
i compensi che possono effettuare durante la sessione. Al soggetto veniva legata la
caviglia dell’arto dominante al manubrio della macchina. Con l’altra gamba e con
l’aiuto di un operatore il soggetto alzava la leva della leg extension; con l’arto
dominante invece doveva frenare la caduta del peso effettuando così una
contrazione eccentrica.
I soggetti sono stati divisi in due gruppi random (estrazione casuale), che
partivano con due lunghezze muscolari differenti. Un gruppo partirà da 0° di
estensione di ginocchio e cercava di tenere il peso fino a 50° di flessione. L’altro
gruppo partivà da 30° e arrivava a 80°. Il peso da applicare alla leg extension era
l’85% della massima forza volontaria trovata con la Misurazione 2:
P = Fp / g
85%P = P *85/100
Dove
P è la forza peso espressa in Kg;
Fp è la forza peso espressa in newton (N) che corrisponde alla massima
contrazione volontaria nel test isocinetico;
29
g è l’accelerazione di gravità espressa in metri al secondo quadro (m/s²);
85%P è il peso da applicare alla leg extension durante la sessione;
Sono state effettuate 5 serie con 8 ripetizioni intervallate da 2 min di riposo.
3.7 Indicatori di effetto
Per indagare le modificazioni di forza, i soggetti hanno eseguito delle prove
isometriche e con la macchina isocinetica. Le prove sono state eseguite a T0, T1 e
T2
3.8 STRUMENTI UTILIZZATI
3.8.1 Dinamometro MicroFET2
Microfet 2 è un dispositivo portatile Tester
e Valutatore di Forza (Force Evaluation
Testing), utilizzato per prendere oggettive,
affidabili e quantificabili misurazioni sulla
forza muscolare. Questo dispositivo è alimentato a batteria, pesa meno di 450
grammi (1 pound), e si adatta perfettamente al palmo della mano. I vari elementi
di misurazione nel trasduttore reagiscono indipendentemente per misurare forze
esterne da vari angoli. Questo sistema permette la misurazione anche di minime
variazioni di forza, indipendentemente dalla direzione in cui la forza è applicata.
Informazioni sulla misurazione sono visualizzate in due schermi LCD, Peak
Force e Duration/Sec. Durante il test lo schermo Peak Force mostra la forza che
sta venendo applicata contro il trasduttore, e alla fine del test mostra il valore di
30
Figura 13:Dinamometro MicroFET2
massima forza raggiunta in Newton. Il Duration/Sec mostra invece il tempo
passato dall'inizio del test sino alla sua conclusione.
3.8.1b Test muscolare con dinamometro
Il test muscolare è stato utilizzato per identificare e documentare oggettivamente
la forza muscolare del quadricipite a 90° e 45°. I maggiori vantaggi del test
muscolare usando un dinamometro a mano, comparati con i metodi tradizionali,
sono l'oggettività delle misurazioni e la consistenza dei risultati come misurazione
sia per una singola persona che ripete più test che più persone. Senza
dinamometro gli operatori normalmente assegnano un valore al risultato dei test
(da 1 a 5), che dipende da quanta forza pensa che il paziente abbia esercitato. I
problemi tuttavia crescono nell'assegnare punteggi consistenti basandosi
esclusivamente sulle proprie sensazioni, specialmente quando il paziente viene
testato successivamente. Il dinamometro è stato sviluppato per test classici (forma
make) o anche per la forma break. Il test di tipo make è utilizzato dal valutatore
posizionando il paziente per isolare e contrarre il muscolo, posizionando
attentamente il dispositivo nella giusta posizione e angolo per eseguire il test. Con
il test di tipo make, l’operatore deve assumere una posizione di forza stabile che
gli consente di mantenere la massima stabilità per resistere alla forza applicata dal
paziente e deve anche istruire il paziente di applicare una forza contro il
dispositivo mentre lui applica una resistenza. Lo scopo del test, da parte del
paziente, è quello di esercitare la massima forza possibile, cercando di utilizzare
esclusivamente il muscolo interessato. Il make test dura generalmente circa 4
31
secondi ed ha il suo inizio quando l’operatore dà il “Via” al soggetto e si conclude
con l’invito “Rilascia”.
Il test di tipo break è anch'esso eseguito posizionando attentamente il paziente e il
dispositivo. L'operatore stabilizza il paziente nella posizione isolata con una mano
mentre pone il dinamometro in una posizione tale da esercitare forza contro l'arto
associato al muscolo interessato. Il test inizia con l'operatore che applica una forza
e il paziente cerca di resistervi. Lo scopo del test è quello di superare o meglio
“rompere” (break) la resistenza del paziente.
Il test da noi utilizzato era quello di tipo make in quanto lo scopo dello studio era
quello di rilevare la massima forza possibile del quadricipite sia col ginocchio
flesso a 90° che a 45°.
3.8.1c Parti dello strumento
apparecchio manuale Microfet2
cuscinetto trasduttore piatto
cuscinetto trasduttore ergonomico
cuscinetto trasduttore digitale
tabella delle posizioni dei test muscolari
tabella di registrazione delle forze rilevate per la parte superiore del corpo
tabella di registrazione delle forze rilevate per la parte inferiore del corpo
manuale di istruzioni
scheda di garanzia
certificato di calibrazione
3.8.2 Goniometro
32
Questo strumento è stato utilizzato nella
rilevazione dell’angolo nel test isometrico.
Il rilevatore ha nel suo centro una scala graduata
circolare posta sotto una superficie di plastica
trasparente, segnata da una verticale rossa che in
posizione di partenza, si trova a zero gradi. Durante il movimento, la linea rossa
segue la direzione della cresta tibiale, mentre la scala graduata, grazie a un
contrappeso, rimane verticale. Così facendo la linea si troverà ad un valore
numerico che corrisponderà al range articolare passivo.
3.8.4 Metro a Nastro
Il metro a nastro è una scala graduata con
sensibilità di un millimetro costruita per
potersi avvolgere su un apposito
arrotolatore, che ne rende più agevole l'uso e il trasporto. Esso viene conservato
arrotolato su un rocchetto e quando necessita è possibile srotolarlo tirando il capo
libero fino alla lunghezza di interesse. Al termine dell'attività, lo si riarrotola sul
rocchetto premendo l'apposito pulsante. La lunghezza del metro usato per questo
studio è di 1,5 metri.
3.8.5 Macchina Isocinetica
33
Figura 14: Goniometro
Figura 15: Metro a nastro
La macchina isocinetica è un modello primadoc della Easytech. Il sistema è
formato da un PC e la macchina stessa.
L’unità A è usata per configurare le caratteristiche di funzionamento della parte
meccanica secondo le modalità dell’esercizio che si desidera svolgere; permette
anche di recepire, le misurazioni rilevate dall’esercizio/test in corso e di
consentire l’archiviazione e la consultazione dei dati relativi agli esercizi svolti.
L’unità B è la macchina vera e propria e quella su cui il soggetto lavora. È
costituita da un attuatore idraulico comandato da un’elettrovalvola, controllata da
una scheda a microcontrollore. Il sistema A+B reagisce alle sollecitazioni del
oggetto in modo da mantenere costante la velocità angolare impostata.
34
Figura 16: I componenti della macchina isocinetica
Figura 17: Un disegno rappresentativo dell’’esercizio svolto sulla macchina
4. RISULTATI
4.1 Omogeneità del Campione
L’assegnazione dei soggetti ai gruppi di esercizio è stata casuale e determinata dai
criteri di inclusione sopradescritti.
Nelle tabelle seguenti è riportata per ogni cella, il numero di casi prevalenti (N) e
la prevalenza per cento dei soggetti all’interno dei due gruppi. È stato, inoltre,
calcolato il Rapporto di Prevalenza (RP) con i relativi intervalli di confidenza
(I.C.) al 95% mentre in altri casi è stato usato il Test T di Student, con il calcolo
della significatività.
In caso di raggiungimento della significatività statistica, questi ultimi valori sono
evidenziati in rosso.
4.1.1 Le caratteristiche fisiche dei soggetti
Nel complesso l’età media dei soggetti è risultata essere di 22.5 anni, per quanto
riguarda il gruppo A l’età media è di 23.9 anni mentre per il gruppo B è di 21.1 anni
(figura 18).
35Figura 18
La figura 19 sottostante mostra la distribuzione delle età: dei 21 soggetti l’età più
rappresentata è quella dei 22 anni con 6 casi su 21.
Per quanto riguarda il peso dei soggetti, la media è 72.8, con una media del
gruppo A (BLU) di 75.3 e una media di 70.3 del gruppo B (ROSSO). La figura 20
sotto riportata mostra le medie con gli errori di deviazione standard.
36
Figura 19
(Kg)
Figura 20
L’altezza media dei soggetti è di 168 cm. Il gruppo A ha un’altezza media di
183.8 cm mentre l’altezza media di B è di 178,4. La figura 21 sottostante mette a
confronto le medie delle altezze e si può notare che per questo parametro i due
gruppi risultano essere significativamente differenti
La figura 22 sottostante, mostra il BMI (Body Mass Index) medio per i due
gruppi. Questo indice è il rapporto tra il peso corporeo (Kg) e il quadrato
dell'altezza (m). Il valore medio di entrambi i gruppi rientra nella categoria
definita come “normopeso” (20-25). Le altre due categorie definite sono:
“sottopeso” (<20) e “sovrappeso” (>25) che vengono rappresentate comunque
rappresentate nel campione con tre casi (1 soggetto sottopeso e 2 sovrappeso).
37
p=0.037* t= 2.247
*
Figura 21
Figura 22
Nella tabella 2, sono riportati i valori medi di età, peso, altezza e BMI con i risultati
dei relativi test statistici. Come è possibile osservare i due gruppi sono risultati
differenti significativamente solo per quanto riguarda l’altezza (t=2.247 p=0.037*). Gli
altri parametri non risultano essere significativi.
4.1.2 Baeke Scale
La tabella 3 riporta l'attività fisica abituale dei due gruppi soggetti, calcolata
tramite le quattro variabili finali della scala Baecke:
WORKSCORE, che riguarda l'attività lavorativa;
SPORTSCORE, che riguarda l'attività sportiva;
LEISURESCORE, che riguarda l'attività non sportiva durante il tempo libero;
BAECKESCORE, che rappresenta il risultato finale, la somma delle altre tre.
38
GRUPPON Media
Deviazione standard
t p
ETAA 11 23.9000 3.92853
1.928 0.070B 10 21.1000 2.37814
PESOA 11 75.3000 7.37940
1.393 0.181B 10 70.3000 8.62876
ALTEZZAA 11 183.8000 5.18116
2.247 0.037*B 10 178.4000 5.56177
BMIA 11 22.2974 2.09578
0.200 0.844B 10 22.0873 2.57572
t=xxx
p=xxx*
Tabella 2
GRUPPO N MediaDeviazione standard
T p
BAEKEWORKA 11 2.4886 0.71251
0.450 0.658B 10 2.3500 0.69672
BAEKESPORTA 11 2.8182 0.40452
0.627 0.538B 10 2.6500 0.78351
BAEKELEISUREA 11 2.7045 0.41560
1.417 0.173B 10 2.3750 0.63738
BAEKETOTA 11 8.0114 0.85596
1.342 0.196B 10 7.3750 1.29368
Nella figura 23 sotto, è riportato solo il confronto grafico delle medie del
BAECKESCORE dei due gruppi che non risulta essere significativo.
4.1.3 Caratteristiche influenti la forza espressa
Abbiamo scelto nei soggetti inclusi nello studio, di analizzare due importanti
parametri che permettessero di valutarne l’omogeneità funzionalmente alla forza
esprimibile. Il primo è il volume medio del ventre muscolare del quadricipite la
cui media dei due gruppi è di 46.78, nel gruppo A è di 46.59 mentre il gruppo B è
di 47. Il secondo parametro è la lunghezza della tibia il cui valore medio dei 21
soggetti è di 35.85. Il gruppo A ha una lunghezza media della tibia di 36.8, mentre
39
Tabella 3
Figura 23
per gruppo B, la media è di 34.9. Per quanto riguarda il volume, i due gruppi non
mostrano differenze significative, la lunghezza della tibia è un parametro
significativo (t=2.442; p=0.025*) ed è associato alla diversa altezza media dei
soggetti presenti nei due gruppi (Tabella 4), figura 24.
GRUPPON Media
Deviazione standard
t p
VOLUMEA 11 46.5909 3.91675
0.251 0.805B 10 47.0000 3.52767
L. TIBIAA 10 36.8000 1.68655
2.442 0.025*B 10 34.9000 1.79196
Partendo da queste prime considerazioni abbiamo due gruppi che non sono
omogenei sotto certi aspetti. Infatti, il gruppo A ha delle caratteristiche diverse
come l’altezza media che è maggiore ed è un parametro, come la lunghezza della
tibia, che è risultato significativo.
40
Tabella 4
Figura 24
*p=0.025* t= 2.442
4.2 Risultati
4.2.1 Test Isometrico e Isocinetico
Alla prima valutazione (T0) i soggetti sono stati sottoposti alle misurazioni di
forza con il test isometrico e isocinetico. Nella tabella 5 sono riportate la media
della forza, registrata durante le prove in isometrica, dei due gruppi e le differenze
delle forza. La media del gruppo A a 90° (90_PRE) è di 543.2 N mentre quella del
gruppo B è di 481.76 N. Nonostante la differenza tra le medie non sia poca e cioè
di 61.4 N, essa non è statisticamente significativa. A 45° (45_PRE) il gruppo A ha
una media di 428.8 N contro i 386.8 del gruppo B. Anche questa misura è
correlabile alla diversità riscontrata tra i due gruppi.
GRUPPO N Media Δ MedieDeviazione standard
t p
90_PREA 11 543.20
61.440152.571
1.115 0.279B 10 481.76 87.873
45_PREA 11 428.82
41.958118.250
0.946 0.356B 10 386.86 78.707
Nella figura 25 sono riportate le medie della forza acquisita con il test isometrico
a 90° (A) le medie dei due gruppi a 45°(B).
41
Tabella 5
Figura 25
A B
L’altra misurazione di forza eseguita, è stata effettuata con la macchina
isocinetica: i test sull’isocinetica sono stati due; uno consisteva in 5 colpi a 150°/s,
mentre l’altro consisteva in 10 ripetizioni a 100°/s. Il computer della macchina
acquisiva la media e il picco massimo di ogni serie.
Nella figura 26 (Panello A) è riportato il confronto tra le medie dei picchi massimi
della serie da 10 ripetizioni. Il gruppo A ha una media dei picchi di 173.82 Nm
mentre il gruppo B di 133.50 Nm. La differenza è molta tra i due gruppi e il
risultato è statisticamente significativo (p=0.001*; t: 4.492)
Il panello B, invece mostra le differenze tra le medie dei picchi massimi registrati
nella serie da 5 ripetizioni. La media del gruppo A è di 199.7 Nm quella del
gruppo B 163.2 Nm. Anche questo risultato è statisticamente significativo
(p=0.005*; t=3.217)
La tabella 6 riassume le diversità dei due gruppi a T0 prima del test di
sovraccarico in eccentrica; i due gruppi sono diversi sia come caratteristiche
antropometriche che di forza. Questo si nota soprattutto, nei valori acquisiti nel
test isocinetico. Il gruppo A risulta essere più forte rispetto a B, per cui il
42
A B
**
Figura 26
campione risulta ancora una volta essere disomogeneo in partenza. È stata
aggiunta in tabella la media delle medie delle serie da 10 ripetizioni
(MEAN_COLPI10_PRE) che mostra anch’essa un valore statisticamente
significativo (p=0.003*).
La differenza tra le medie dei picchi è alta (40.31 Nm nella serie da 10 ripetizioni;
37.07 Nm nella serie da 5 ripetizioni).
GRUPPO N Media Δ Medie
Deviazione std.
t p
PEAK_COLPI10_PREA 11 173.8182
40.3124.27269
4.492 0.001*B 10 133.5000 15.37133
MEAN_COLPI10_PREA 11 79.5455
16.1011.31692
3.460 0.003*B 10 63.4444 9.00154
PEAK_COLPI5_PREA 11 199,2727
37.0729,05199
3.217 0.005*B 10 162,2000 23,04488
43
Tabella 6
4.2.2 Test Post-Eccentrica in Isometrica
A T1 (in seguito al protocollo di sovraccarico in eccentrica) vi sono delle
modificazioni nella forza dei due gruppi. Se si analizzano le prove in isometrica,
si può notare (tabella 7) che non ci sono dati significativi per quanto riguarda un
eventuale differenza di deficit di forza in seguito ad esercizi in eccentrica, da noi
ipotizzato e trovato in altri studi (p>0.05) (Athanasios et al., 2005; Butterfield et
al., 2006).
GRUPPO N Media Δ Medie
Deviazione standard
t p
90_POSTA 11 530,82
44.40135,322
0.848 0.407B 10 486,42 100,007
45_POSTA 11 443.76
43.27121.13
0.974 0.342B 10 400.48 74.40
ISOMETRICA@90_PREPOSTA 11 -12.38
-1776.42654
-0.572 0.574B 10 4.66 57.73762
ISOMETRICA@45_PREPOSTA 11 14.9394
1.358.46306
0.048 0.852B 10 13.6233 68.31605
Nella figura 27, sono riportati solo uno dei dati ottenuti (a 90°), in seguito a
contrazione eccentrica (T1) mettendo a confronto le due medie.
44
Tabella 7
Figura 27
La tabella 8 mostra i valori di forza in isometria ottenuti a 24 ore dall’esercizio
(T2). A 90° la media del gruppo A è di 536,82 N quella del gruppo B di 466.47 N;
mentre a 45° il gruppo A ha una forza media di 459 N rispetto alla media del
gruppo B che è di 380 N. Anche dopo 24 ore, in tutti e due i casi, il risultato non
può essere considerato significativo (p>0.05).
GRUPPO N Media Δ MedieDeviazione standard.
t p
90_DAYAFA 11 536.82
70.352134.755
1.382 0.183B 10 466.47 92.090
45_DAYAFA 11 459.15
78.702148.902
1.517 0.146B 10 380.45 71.681
La tabella 9 mostra, rispetto a T0 e T1, come sono cambiate le medie della forza
per ogni gruppo a 90°: il gruppo A, a T1, perde forza ma a T2 la recupera
arrivando a una media di 536 N. Il gruppo B, a T1, guadagna forza ma a T2 la
perde, con una media di 466 N
45
Gruppo N Fase Media Δ Medie T1-T0 Δ Medie T2-T0
A 11
T0 543.20
-12.35 -6.38T1 530,82
T2 536.82
B 10
T0 481.76
4.65 -15T1 486,42
T2 466.47
Tabella 8
Tabella 9
La tabella 10 mostra rispetto a T0 e T1, come sono cambiate le medie della forza
per ogni gruppo a 45°: il gruppo A, a T1, incrementa la forza media e anche a T2
vi è un ulteriore aumento fino a 459.15 N. Il gruppo B, a T1, guadagna forza ma
poi perde in T2 con una media di 380 N.
Gruppo N Fase Media Δ Medie T1-T0 Δ Medie T2-T0
A 11T0 428.82
14.93 30.3T1 443.75T2 459.15
B 10T0 386.86
13.62 -6.4T1 400.48T2 380.15
4.2.3 Test Post-Eccentrica in Test Isocinetico
a) Risultati serie 10 ripetizioni (media dei picchi)
Al tempo T1, si possono analizzare eventuali modificazioni di forza relativi alle
misurazioni con la macchina isocinetica. Nella serie da 10 ripetizioni il gruppo A
ha fatto registrare una media dei picchi massimi di 165.36 Nm mentre il gruppo B
di 133.3 Nm. Questo risultato è statisticamente significativo ( p=0.008*) e la
figura 28 mostra la differenza tra i picchi massimi registrati con la macchina
isocinetica nelle 10 ripetizioni a T1:
46
Tabella 10
Figura 28
Se si rapporta con il test a T0, solo il gruppo A perde forza, mentre il gruppo B
rimane quasi invariato. Inoltre, se analizziamo il test a T2 quindi a 24 ore dal
protocollo di sovraccarico, si scopre che tutti e due i gruppi recuperano forza e il
gruppo B registra valori medi più alti rispetto a T0 (Tabella 11).
GRUPPO N Media Δ MedieDeviazione standard.
t p
PEAK_COLPI10_PRE
A 11 173.818240.31818
24.272694.492 0.001*
B 10 133.5000 15.37133
PEAK_COLPI10_POST
A 11 165,363632.06364
28,58417 2.985 0.008*B 10 133,3000 19,18362
PEAK_COLPI10_DAYAF
A 11 167.000030.20000
18.11077 3.502 0.002*B 10 136.8000 21.39990
b. Risultati serie 5 ripetizioni (media dei picchi)
Analizzando la serie da 5 ripetizioni, ci troviamo davanti a un altro quadro.
Infatti, a T1, il gruppo A ha una media dei picchi massimi di 185.9 Nm, mentre il
gruppo B registra una media di 165 Nm. Nella figura 29, è mostrata la differenza
dei due gruppi a T1 che non è diversa statisticamente poiché A e B, a T0,
avevano già due medie differenti. Il dato non risulta essere significativo (p=0.158)
ma rispetto a T0 il gruppo A perde in media forza, mentre il gruppo B ne
guadagna.
47
Tabella 11
Figura 29
Inoltre, se si analizza il test a T2 quindi a 24 ore dal protocollo di sovraccarico,
mentre il gruppo A torna vicino ai valori di T0 (media 191.5 Nm), B guadagna
ancora forza rispetto a T1 e T0 (media 166.7 Nm),(Tabella 12).
GRUPPO N Media Δ MedieDeviazione standard.
t p
PEAK_COLPI5_PRE
A 11 199,2727 37.07273 29,05199 3.217 0.005B 10 162,2000 23,04488
PEAK_COLPI5_POST
A 11 185.9091 20.50909 37.19800 1.469 0.158B 10 165.4000 24.84262
PEAK_COLPI5_DAYAF
A 11 191.5455 24.84545 32.45724 2.082 0.051B 10 166.7000 20.08897
Nella figura 30 sono messi a confronto le fasi del gruppo A e l’andamento dei
singoli picchi di ogni serie. La serie riportata è quella delle 5 ripetizioni in
isocinetica: sull’asse delle ascisse sono riportati i colpi, mentre sull’asse delle
ordinate, la media dei picchi del gruppo A. Il gruppo A (che partiva con una
lunghezza muscolare minore), dopo il protocollo di sovraccarico, perdeva forza e
andava via via esaurendosi. Il giorno dopo mostrava un picco più alto e una
resistenza maggiore anche se si nota, dopo la 4a ripetizione, un decremento delle
performance.
48
Tabella 12
Il gruppo B (che partiva con una lunghezza muscolare maggiore di A) con la
stessa analisi dei dati mostra (Figura 31) delle leggere differenze rispetto ad A.
Infatti, a T1 (post, nel grafico) la forza migliorava per poi esaurirsi rapidamente.
A T2 invece (after) quindi 24 ore dopo vi è un incremento della media dei picchi
rispetto a T0 che diminuisce dal terzo colpo in poi.
49
Gruppo A
T2T1T0
T2T1T0
Gruppo B
Figura 30
Figura 31
5. Discussione
5.1 Limiti dello studio
Potenza statistica- La numerosità del campione è stata limitata da problematiche
tecnico-organizzative e dai tempi ristretti, che hanno prevalso sulla valutazione
della potenza statistica necessaria allo studio: ciò non ha permesso di raggiungere
una numerosità campionaria sufficiente a garantire potenza statistica.
Questo studio dovrà essere ampliato reclutando un numero maggiore di soggetti in
modo raggiungere un’adeguata potenza statistica.
Omogeneità tra i gruppi -I due gruppi presi in considerazione non sono risultati
omogenei dal punto di vista statistico per quanto riguarda il valore medio
dell’altezza, della lunghezza della tibia e soprattutto della forza iniziale misurata
sia in isometrica che con l’ausilio della macchina isocinetica. I due gruppi a T0
non erano omogenei e questo ha inficiato i risultati ottenuti quindi a volte le
differenze trovate non sono risultate diverse significativamente proprio perché si è
partiti da due gruppi disomogenei e questo purtroppo non ha permesso di
concludere in modo completo lo studio.
Rilevazione del dolore- La VNS numerica è una scala, simile alla VAS,
largamente utilizzata per rilevare l’intensità del dolore con un valore (compreso
tra 0 e 10) espresso verbalmente dal paziente.
Nonostante la VNS abbia diversi pregi, tra cui la semplicità, la ripetibilità nel
tempo e l’indipendenza dal linguaggio, comporta anche alcuni svantaggi: infatti, è
una scala che tratta l'esperienza del dolore come se fosse monodimensionale ed
evidenzia l'intensità senza riguardo per altri fattori (ad esempio quelli psicologici);
50
poiché la percezione del dolore si modifica nel tempo, fornisce risultati più
attendibili quando è limitata all'esperienza del dolore in corso, piuttosto che al
ricordo di un'esperienza precedente. Da ultimo, va sottolineato che la percezione
del dolore e della fatica è soggettiva, così come lo sono i limiti che descrivono gli
estremi assoluti: sebbene "l'assenza di dolore" o "il sollievo completo" siano una
misura assoluta, l'altro estremo, "il peggiore dolore immaginabile", è ancora una
volta dipendente dallo stato psicologico momentaneo del soggetto e non lascia
spazio a un dolore peggiore in un momento successivo.
Studio non in cieco- Uno studio clinico viene solitamente eseguito “in cieco” per
ridurre il rischio di “vizi di osservazione”, presenti quando l’investigatore che
valuta le misure di effetto, conosce l’intervento somministrato ai soggetti
partecipanti. Questo mascheramento può includere sia i partecipanti allo studio sia
gli investigatori.
In questo caso specifico, i soggetti non sapevano gli effetti che un determinato
protocollo avrebbe prodotto; non sono state date indicazioni ai soggetti di
diversità di efficacia dei due protocolli. L’operatore invece era a conoscenza
dell’effetto che avrebbe potuto dare uno gruppo rispetto all’altro
Minor danno agli arti inferiori -Uno studio di Athanasios Z. (2005) mostrava
che lo stesso protocollo di esercizio in eccentrica (75% della massima contrazione
volontaria) sottoposto ai muscoli estensori del ginocchio e ai flessori del gomito,
produceva risultati diversi. I muscoli dell’arto superiore perdevano il 20% di picco
di tensione sviluppato in eccentrica rispetto al 5% perso dagli estensori di
ginocchio. Il risultato riportato da Athanasios conferma quindi l’ipotesi che il
quadricipite è un muscolo più difficile da “stressare” e questo può essere un
51
motivo per cui il deficit muscolare, dopo l’esercizio in eccentrica da noi proposto,
non sia risultato così marcato.
5.2 Sviluppi futuri
In futuro, sarebbe opportuno aumentare la numerosità del campione per
raggiungere un’adeguata potenza statistica e avere un campione omogeneo per
quanto riguarda la massima forza esprimibile.
Sarebbe opportuno verificare se un tipo di protocollo in eccentrica porta, entro 4
settimane, a delle modificazioni reali sul trofismo, sulla forza e sulla lunghezza
muscolare. Sarebbe utile capire se in seguito a contrazione eccentrica, è sempre
presente danno muscolare e se il danno indotto è proporzionale alla forza acquisita
con un determinato allenamento. Inoltre, capire se, cambiando i parametri del
carico sottoposto a 95%, 100%, o 120%, esiste un limite entro al quale vi è un
deficit maggiore.
52
6. CONCLUSIONI
Lo scopo del presente studio è stato quello di studiare la relazione tra il danno
muscolare indotto da contrazione eccentrica e le differenti lunghezze di partenza
del muscolo quadricipite. Purtroppo, i due gruppi di studio A e B non sono
risultati omogenei, rispetto ai valori medi di forza, compromettendo in parte lo
studio. Non è stato possibile infatti, avere dei dati statisticamente significativi per
quanto riguarda la diversa lunghezza muscolare di partenza. Il deficit muscolare,
che noi ipotizzavamo essere maggiore nel gruppo B, non è stato registrato anzi si
è verificato un incremento delle performance sia in isometria che con il test
isocinetico.
Nella Figura 32, è possibile analizzare il diverso comportamento dei due gruppi. Il
danno muscolare e il relativo deficit muscolare, da noi ipotizzato, non è rilevabile
53
B A
Figura 32: Differenza di tendenza delle medie dei picchi
nelle tre fasi
né nel gruppo A né nel gruppo B perché, sebbene vi sia un decremento di forza in
A, il giorno dopo la forza non rimane tale ma aumenta. Ciò presuppone che il
decremento di forza possa essere dovuto alla fatica e non ad un danno a livello dei
sarcomeri. Il gruppo A è risultato in media più forte a T0 e quindi, probabilmente,
nonostante la randomizzazione, è quello che ha raccolto soggetti più allenati;
quindi è possibile supporre che a T0 sia stato maggiormente pronto ad esprimere
maggiore forza. A T1, si ha un decremento, dato verosimilmente dalla fatica, che
è evidenziabile dal 3° picco in poi. A T2, però i soggetti hanno recuperato la
fatica e spingono di più; questo potrebbe essere dovuto ad una riorganizzazione
neuromuscolare che l’esercizio del giorno prima potrebbe avere stimolato.
Il gruppo B, invece, è meno forte e probabilmente meno allenato di A e non
esprime il massimo della performance a T0, sentendo la fatica visto che al 4°
colpo c’è un brusco decremento della performance. Al 5° colpo però si nota un
recupero della forza dovuto forse al fatto che i soggetti s’accorgono che possono
spingere di più. A T1, dopo il protocollo di eccentrica, i soggetti esprimono una
performance migliore data, forse, dal miglior reclutamento ma poi si nota la fatica
soprattutto negli ultimi colpi. Il giorno dopo anch’essi molto probabilmente
subiscono una possibile riorganizzazione a livello neuromuscolare, che porta a un
maggior reclutamento delle fibre come confermato da una media di picchi
massimi più alta rispetto a T0.
54
Allegato 1
QUESTIONARIO
Soggetto____________________________________ Età__________Sesso________Altezza_______Peso_________Traumi arti inferiori__________________Interventi chirurgici arti inferiori___________________LBP________
Volume muscolareLunghezza tibiaNota: Protocollo da full ext a 45° flex
Per favore segnare una sola risposta, quella che è la più adatta alla vostra situazione.ATTIVITA’ LAVORATIVA
1) Qual è la tua principale occupazione?(specificare)_________________________________a) Basso livello: lavoro d’ufficio o impiegato, autista, negoziante, insegnante, studente...b) Medio livello: operaio, idraulico, carpentiere, artigiano...c) Alto livello: scaricatore di porto, muratore...
2) Al lavoro sto seduto: Mai Raramente Qualche volta Spesso Sempre
3) Al lavoro sto in piedi:a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spessoe) Sempre
4) Al lavoro cammino:a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spessoe) Sempre
5) Al lavoro sollevo carichi pesanti:a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spessoe) Sempre
6) Dopo il lavoro sono stanco:a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spesso
55
e) Sempre
7) Al lavoro sudo:a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spessoe) Sempre
8) Comparandomi con altre persone della mia stessa età, penso che il mio lavoro sia di tipo fisico:a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spessoe) Sempre
ATTIVITA’ SPORTIVA9) Pratichi sport?
a) Sìb) No
10) Se sì, per favore specifica lo sport principale praticato:______________________________a) Come valuteresti il livello di intensità dello sport principale da te praticato?
a) Bassob) Moderatoc) Alto
b) Quante ore ha settimana lo pratichi?a) Meno di 1b) 1-2c) 2-3d) 3-4e) Più di 4
c) Durante quanti mesi all’anno pratichi questo sport?a) Meno di 1b) 1-3c) 4-6d) 7-9e) Più di 9
11) Pratichi un secondo sport? (Si/No)_________
12) Se si per favore specifica quale: ____________________________________________a) Come valuteresti il livello di intensità della seconda attività sportiva da te praticata?
a) Bassob) Moderatoc) Alto
b) Quante ore a settimana lo pratichi?a) Meno di 1b) 1-2c) 2-3d) 3-4e) Più di 4
c) Durante quanti mesi all’anno pratichi questo sport?a) Meno di 1b) 1-3c) 4-6d) 7-9e) Più di 9
56
13) Comparandomi con altre persone della mia stessa età, penso che la mia attività fisica durante il tempo libero sia:
a) Di molto maggioreb) Maggiorec) La stessad) Minoree) Di molto minore
14) Durante il tempo libero sudo:a) Molto spessob) Spessoc) Qualche voltad) Raramentee) Mai
15) Durante il tempo libero pratico sport:a) Mai b) Raramentec) Qualche voltad) Spessoe) Molto spesso
ATTIVITA’ NON SPORTIVE DURANTE IL TEMPO LIBERO16) Durante il tempo libero guardo la TV:
a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spessoe) Molto spesso
17) Durante il tempo libero cammino:a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spesso e) Molto spesso
18) Durante il tempo libero vado in bicicletta:a) Maib) Raramentec) Qualche voltad) Spessoe) Molto spesso
19) Quanti minuti cammino e/o pedalo al giorno per recarmi al lavoro, a scuola, e a fare compere?a) Meno di 5b) 5-15c) 15-30d) 30-45e) Più di 45
Consenso al trattamento dei dati personali e sensibili ai sensi nuovo T.U. Privacy (D.Lgs. 196/03).Il D.Lgs n. 196/2003 in merito al trattamento dei dati personali prevede che gli interessati siano correttamente informati in merito al trattamento dei dati.Pertanto si informa che:
1) I dati vengono raccolti con esclusiva finalità di studio scientifico.2) I dati raccolti verranno utilizzati solo nell’ambito dello studio in oggetto
Acquisite le informazioni fornite dal titolare del trattamento ai sensi del D.Lgs. n. 196/2003 e consapevole che l’utilizzo dei dati sarà volto ai soli fini dello studio.Presto il mio consenso per il trattamento dei dati necessari allo svolgimento delle operazioni indicate.
DATA: ____/_____/2008 FIRMA __________________________
57
DATI DOLORE E FORZA
PREVALUTAZIONE
FATICA INIZIO __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DOLORE INIZIO __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FORZA 90° PROVA 1 PROVA 2 PROVA3
FORZA 45° PROVA 1 PROVA 2 PROVA3
FATICA DOPO ISOCINETICA__
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DOLORE DOPO ISOCINETICA __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FATICA prima ECCENTRICA __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DOLORE prima ECCENTRICA __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FATICA DOPO ECCENTRICA __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DOLORE DOPO ECCENTRICA __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FORZA 90° PROVA 1 PROVA 2 PROVA3
FORZA 45° PROVA 1 PROVA 2 PROVA3
FATICA DOPO ISOCINETICA 2 __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DOLORE DOPO ISOCINETICA 2 __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
58
FOLLOW-UP DAY AFTER
FATICA INIZIO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DOLORE INIZIO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
FORZA 90° PROVA 1 PROVA 2 PROVA3
FORZA 45° PROVA 1 PROVA 2 PROVA3
FATICA DOPO ISOCINETICA 4 __
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DOLORE DOPO ISOCINETICA 4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
59
Bibliografia1. Athanasios Z. Jamurtas Æ V. Theocharis Æ T. Tofas,A. Tsiokanos Æ C.
Yfanti, Æ V. Paschalis Æ Y. Koutedakis,K. Nosaka; Comparison between
leg and arm eccentric exercises of the same relative intensity on indices of
