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Research Article
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Gli individui con instabilità cronica della caviglia (CAI) presentano carenza di controllo posturale e attivazione muscolare ritardata degli allevamenti inferiori. La posturografia dinamica computerizzata combinata con l'elettromiografia superficiale fornisce informazioni sulla coordinazione dei sistemi visivi, somatosensoriali e vestibolari con regolazione dell'attivazione muscolare per mantenere la stabilità posturale negli individui con CAI.
La posturografia dinamica computerizzata (CDP) è una tecnica oggettiva per la valutazione della stabilità posturale in condizioni statiche e dinamiche e perturbazioni. CDP si basa sul modello di pendolo invertito che traccia l'interrelazione tra il centro di pressione e il centro di gravità. Il CDP può essere utilizzato per analizzare le proporzioni della visione, della propriocezione e della sensazione vestibolare per mantenere la stabilità posturale. I seguenti personaggi definiscono l'instabilità cronica della caviglia (CAI): dolore alla caviglia persistente, gonfiore, la sensazione di "dare modo" e disabilità auto-riferita. Stabilità posturale e livello di attivazione muscolare fibulare in individui con CAI diminuito a causa di lesioni complesse del legamento della caviglia laterale. Pochi studi hanno utilizzato CDP per esplorare la stabilità posturale degli individui con CAI. Mancano studi che studiano la stabilità posturale e l'attivazione muscolare correlata utilizzando CDP sincronizzato con elettromiografia superficiale. Questo protocollo CDP include un test dell'organizzazione sensoriale (SOT), un test di controllo del motore (MCT) e un test di adattamento (ADT), nonché test che misurano la posizione unilaterale (US) e il limite di stabilità (LOS). Il sistema di elettromiografia superficiale è sincronizzato con CDP per raccogliere dati sull'attivazione muscolare degli arti inferiori durante la misurazione. Questo protocollo presenta un nuovo approccio per valutare il coordinamento dei sistemi visivi, somatosensoriali e vestibolari e la relativa attivazione muscolare per mantenere la stabilità posturale. Inoltre, fornisce nuove informazioni sul controllo neuromuscolare degli individui con CAI quando si affronta ambienti complessi reali.
La posturografia dinamica computerizzata (CDP) è una tecnica oggettiva per la valutazione della stabilità posturale in condizioni statiche e dinamiche e perturbazioni. Il CDP si basa sul modello di pendolo invertito che traccia l'interrelazione tra il centro di pressione (COP) e il centro di gravità (COG). COG è la proiezione verticale del centro di massa (COM), mentre COM è l'equivalente in punti della massa corporea totale nel sistema di riferimento globale. COP è la posizione del punto del vettore di forza di reazione al suolo verticale. Rappresenta una media ponderata di tutte le pressioni sulla superficie dell'area di contatto con il terreno1. La stabilità posturale è la capacità di mantenere la COM all'interno della base di supporto in un determinato ambiente sensoriale. Riflette la capacità di controllo neuromuscolare che coordina il sistema nervoso centrale con il sistema sensoriale afferente (visione, propriocezione e sensazione vestibolare) e l'uscita del comandomotorio 2.
I metodi di valutazione precedenti per il controllo posturale, come il tempo per una posizione a gamba singola e la distanza di copertura per i test di bilanciamento Y, sono orientati ai risultati e non possono essere utilizzati per valutare oggettivamente la coordinazione tra i sistemi sensoriali e il controllomotorio 3. Inoltre, alcuni studi hanno utilizzato scheda oscillante computerizzata portatile, che quantificato le prestazioni di bilanciamento dinamico dalle impostazioni dilaboratorio 4,5,6. Il CDP differisce dai suddetti metodi di prova, perché può essere applicato all'analisi della proporzione di visione, propriocezione e sensazione vestibolare nella manutenzione posturale della stabilità e alla valutazione della proporzione della strategia motoria, come la strategia dominante della caviglia o dell'anca. È stato visto come un gold standard per la misurazione del controlloposturale 7 a causa della sua precisione, affidabilità e validità8.
L'instabilità cronica della caviglia (CAI) è caratterizzata da dolore persistente alla caviglia, gonfiore e sensazione di "dare modo"; è uno degli infortuni sportivi più comuni9. CAI proviene principalmente da distorsioni alla caviglia lateral, che distruggono l'integrità e la stabilità del complesso legamento della caviglia laterale. La propriocezione, la forza muscolare fibulare e la traiettoria normale del talus sono compromesse10,11. Le carenze del segmento della caviglia debole possono provocare un controllo posturale carente e l'attivazione muscolare in individui con CAI12. Tuttavia, pochi studi hanno studiato la stabilità posturale degli individui con CAI utilizzando CDP3,13. Le misurazioni attuali raramente potrebbero analizzare la carenza di controllo della postura del CAI dal punto di vista dell'analisi sensoriale. Pertanto, la capacità dell'organizzazione sensoriale e della strategia posturale del CAI di mantenere la stabilità posturale richiede ulteriori esplorazioni.
L'attività muscolare è una componente importante del controllo neuromuscolare che influisce sulla regolazione della stabilitàposturale 14,15. Tuttavia, CDP monitora solo l'interrelazione tra COP e COG attraverso piastre di forza, e la sua applicazione all'osservazione del livello di attivazione specifico dei muscoli degli arti inferiori negli individui con CAI è difficile. Attualmente, pochi studi hanno valutato la stabilità posturale degli individui con CAI attraverso un metodo che combina CDP con elettromiografia (EMG).
Pertanto, il protocollo sviluppato mira a esplorare il controllo posturale e l'attività muscolare correlata combinando CDP e sistema di elettromiografia superficiale (sEMG). Questo protocollo fornisce un nuovo approccio per studiare il controllo neuromuscolare, tra cui l'organizzazione sensoriale, il controllo posturale e l'attività muscolare correlata, per i partecipanti con CAI.
Prima dei test, i partecipanti hanno firmato un consenso informato dopo aver ricevuto informazioni sul processo sperimentale. Questo esperimento è stato approvato dal comitato etico della Shanghai University of Sports.
1. Configurazione dell'attrezzatura
2. Selezione e preparazione dei partecipanti
Figura 1: Preparazione dei partecipanti per la misurazione. I partecipanti stanno in piedi a piedi nudi per affrontare il surround visivo, indossare l'imbracatura di sicurezza, allineare correttamente i piedi con le piastre di forza e fissare gli elettrodi EMG wireless sulle gambe. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Procedure di misurazione
| Condizione | Occhi | Piastre di forza | Surround visivo | Interferenza | Risposta anticipata |
| 1 | Aperto | correzione | correzione | Somatosensory | |
| 2 | Vicino | correzione | correzione | Visione | Somatosensory |
| 3 | Aperto | correzione | Riferimento a Sway | Visione | Somatosensory |
| 4 | Aperto | Riferimento a Sway | correzione | Somatosensory | Visione vestibolare |
| 5 | Vicino | Riferimento a Sway | correzione | Somatosensoriale, visione | Vestibolare |
| 6 | Aperto | Riferimento a Sway | Riferimento a Sway | Somatosensoriale, visione | Vestibolare |
Tabella 1: Interferenze diverse e risposta prevista corrispondente nel test dell'organizzazione sensoriale. Il termine "oscillazione-riferimento" significa che il movimento delle piastre di forza e surround visivo segue l'oscillazione COG del partecipante.
Risultati CDP rappresentativi
Test dell'organizzazione sensoriale
Il sistema valuta la capacità del partecipante di mantenere il COG nell'area di destinazione predeterminata, quando l'ambiente cambia quando l'ingresso del segnale periferico. Punteggio di equilibrio (ES) è il punteggio in condizioni 1–6 che riflette la capacità di coordinare il sistema sensoriale per mantenere la stabilità posturale (Equazione 6). Il punteggio composito (COMP) è il punteggio medio ponderato di tutte le condizioni. Grande enfasi è data alle condizioni difficili di 4, 5 e 6. Il punteggio composito viene calcolato in modo indipendente mediando i punteggi di equilibrio per le condizioni SOT1 e SOT2, aggiungendo questi due punteggi ai punteggi di equilibrio da ogni tre prove di condizione SOT 3 a SOT 6 e dividendo la somma per il totale delle proveeseguite 19,20. Nelle figure, le barre verdi indicano che il partecipante può coordinare meglio i tre sistemi sensoriali e rispondere in modo più efficace rispetto al contrappunto normativo corrispondente all'età nel set di dati. Le barre rosse indicano che la capacità di organizzazione sensoriale del partecipante è peggiore di quella del contrappunto normativo corrispondente all'età nel set di dati (Figura 2A).
NOTA: lo spostamento teorico della direzione anteriore-posteriore del COG per un adulto sano è di 12,5 gradi. θ indica l'angolo di oscillazione del COG. L'intervallo di punteggio dell'equilibrio è 0–100. Un punteggio 0 indica la perdita di equilibrio. Punteggi vicini a 100 indicano che il partecipante ha una buona funzione di equilibrio.
Punteggio di analisi sensoriale: Il sistema coordina la proporzione di partecipazione della visione, proprioception, e vestibolare sensazione in sei condizioni e deduce il grado di dipendenza dalla visione (VIS), proprioception (SOM)e vestibolo (VEST) nel processo di mantenimento della stabilità posturale (Equazioni 8–10). L'aspetto di una barra rossa indica che il partecipante non può utilizzare la sensazione sensoriale VIS/SOM/VEST per mantenere l'equilibrio. La preferenza visiva (PREF) indica la possibilità di ignorare le informazioni visive sbagliate in un ambiente di interferenza visiva in conflitto (equazione 11). L'aspetto di una barra rossa indica che il partecipante si basa su informazioni visive per mantenere l'equilibrio anche con informazioni visive errate (Figura 2B).
Punteggio strategico: Il sistema esporta il punteggio strategico (STR) in conformità con l'interrelazione di COG e COP durante il processo di manutenzione della stabilità. Un STR vicino a 100 indica l'uso di un'alta percentuale di strategia caviglia. Un punteggio STR vicino a 0 indica l'uso di un'alta percentuale di strategia dell'anca. I segni delle condizioni 1-6 vicino al lato destro del quadrante indicano il predominio della strategia della caviglia; quelli vicini al lato sinistro indicano il predominio della strategia dell'anca (Figura 2C).
Allineamento COG: La posizione COG cambia sotto forma di coordinate in ogni condizione (Figura 2D).
Figura 2: Risultato rappresentativo per i partecipanti con CAI durante il SOT. (A) Rappresentazione grafica dei punteggi di equilibrio e composito. (B) Rappresentazione grafica dei risultati dell'analisi sensoriale. (C) Rappresentazione grafica dei risultati dell'analisi della strategia. (D) Rappresentazione grafica dei risultati dell'allineamento COG. Nei risultati grafici di SOT, US, LOS, MCT e ADT, le barre verdi solide rappresentano i risultati nell'intervallo normale. Le barre rosse a tinta unita rappresentano i risultati non compreso nell'intervallo normale. Le barre a strisce rappresentano il test ripetuto. Le aree grigie rappresentano l'intervallo di dati anomalo. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Stance unilaterale
Viene esportata la velocità di oscillazione del COG durante la posizione unilaterale. L'aspetto di una barra rossa indica che la capacità di mantenere la stabilità a posizione singola è peggiore del normale. Differenza sinistra/destra (%) indica il confronto dell'oscillazione totale tra le gambe sinistra e destra (Figura 3).
Figura 3: Velocità di sway di COG per i partecipanti con CAI durante gli Stati Uniti con gli occhi aperti/chiusi (s).
Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Los
LOS è la migliore misurazione del movimento volontario nel sistema CDP. Il test LOS valuta il tempo di reazione, la velocità di movimento, la capacità percepita per LOS e la capacità di controllo del movimento. Vengono esportate le seguenti variabili:
Tempo di reazione (RT) (s): il tempo che si tra l'invio del segnale di movimento e l'inizio del movimento del corpo. L'aspetto di una barra rossa indica il tempo di reazione ritardata (Figura 4A).
Velocità di movimento (MVL) ( s): la velocità media tra il 5% e il 95% dal punto iniziale al bersaglio. L'aspetto di una barra rossa indica che la velocità media di gravità è più lenta del normale (Figura 4B).
Escursioni punto finale (EPE) (%): distanza di movimento COG dal punto iniziale al punto finale. L'aspetto di una barra rossa indica che la distanza di movimento del COG non raggiunge l'intervallo normale (Figura 4C).
Escursioni massime (MXE) (%): la distanza massima del movimento COG. L'aspetto di una barra rossa indica che l'escursione massima del COG non raggiunge l'intervallo normale (Figura 4C).
Controllo direzionale (DCL) (%): la quantità di movimento verso la direzione desiderata meno la quantità di movimento fuori asse (Figura 4D).
Figura 4: Risultato rappresentativo per i partecipanti con CAI durante LOS. (A) Rappresentazione grafica dei risultati del tempo di reazione. (B) Rappresentazione grafica dei risultati della velocità di movimento (s). (C) Rappresentazione grafica dei risultati dell'endpoint e dei risultati massimi dell'escursione (%). (D) Rappresentazione grafica dei risultati del controllo direzionale (%). Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Test di controllo del motore: Utilizzare questo test per valutare la capacità del partecipante di produrre una risposta motoria efficace e per ripristinare la stabilità COG per far fronte all'improvvisa spostamento anteriore-posteriore delle piastre di forza.
Simmetria delpeso : Questo si riferisce alla distribuzione portante del peso di entrambe le gambe. L'aspetto di una barra rossa indica lo spessore asimmetrico delle gambe sinistra e destra (Figura 5A). Le barre mostrano la conferma generata dal computer. Se questo valore è basso (≤2), la latenza è anormale. Se questo valore è 0, la risposta è mancante e richiede un test.
Latenza (ms): Il tempo di risposta dal movimento delle piastre di forza di pressione al movimento del COP. (1) L'aspetto di una barra rossa nel lato unilaterale durante lo spostamento in avanti/indietro può essere dovuto a lesioni ortopediche unilaterali. (2) L'aspetto di una barra rossa nei lati bilaterali durante lo spostamento avanti/indietro può indicare il verificarsi di danni nel ramo efferente del lungo percorso di circolazione. (3) La comparsa di una barra rossa nei lati bilaterali durante lo spostamento in avanti e all'indietro può essere dovuta a neuropatia periferica, malattie spinali, sclerosi multipla e patologia del tronco encefalico/corticale(Figura 5B).
Ridimensionamento dell'ampiezza: Questa è la forza esercitata sulla piastra di forza dalla gamba in risposta alla perturbazione. L'aumento del ridimensionamento dell'ampiezza (AS) deve essere bipedmente simmetrico e deve essere correlato alle ampiezze dello slittamento della piastra di forza (Figura 5C).
Figura 5: Risultati rappresentativi dei partecipanti con CAI durante il test di controllo del motore. (A) Rappresentazione grafica dei risultati della simmetria di peso. (B) Rappresentazione grafica dei risultati della latenza (ms). (C) Rappresentazione grafica dei risultati AS. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Test di adattamento
Il punteggio di energia ondeggiante (SES) viene determinato in base alla velocità e all'accelerazione del COP durante i primi 2 s di perturbazione ed viene esportato ( Figura6). Una barra rossa che raggiunge i 200 punti indica la perdita di equilibrio (caduta). (1) Se le barre rosse non raggiungono i 200 punti nell'area grigia meno di due volte in cinque prove, e altre barre rimangono verdi, allora la variazione è normale e il rischio di caduta è assente. (2) Le barre rosse che raggiungono i 200 punti ogni volta in cinque prove possono essere dovute ai seguenti motivi. Il COG è eccessivamente all'indietro quando le piastre di forza ruotano nella direzione di i piedi verso l'alto e viceversa. La gamma di movimento della caviglia è limitata. Le articolazioni della caviglia o gli arti inferiori sono deboli. Il sistema nervoso centrale è disfunzionale. (3) Le barre rosse raggiungono 200 punti due volte in cinque prove, mentre altre barre rimangono verdi a causa dell'influenza della paura o dell'ansia. (4) L'aspetto di una barra rossa nella zona grigia cinque volte può essere dovuto a articolazioni della caviglia deboli, arti inferiori, paura o ansia.
Figura 6: SES dei partecipanti con CAI durante ADT. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Risultati sEMG
Prendendo vasti medialis per esempio, i dati non elaborati ed elaborati di sEMG sono mostrati durante SOT, STATI, MCT e ADT (Figura 7 e Figura 8). L'intervallo indicato dalla linea rossa e dalle punte è l'intervallo in cui la luce indicatore del sistema CDP è accesa ed è la fase di prova.
Figura 7: dati grezzi di sEMG per vastus medialis durante SOT, STATI Uniti, MCT e ADT.
Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8: elaborati i dati di sEMG per vastus medialis durante SOT, STATI Uniti, MCT e ADT.
Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
I parametri sEMG che corrispondono alle fasi di test di SOT, US, LOS, MCT e ADT sono i seguenti. iEMG riflette l'energia muscolare che si accumula per unità di tempo. RMS riflette la potenza media del segnale EMG. MPF indica il valore medio di ciascuna potenza nella distribuzione dello spettro di potenza. MDF divide lo spettro di potenza in due parti con aree uguali. Il rapporto di coattivazione riflette la coordinazione tra i muscoli agonistici e antagonisti della fase di attivazione nei test.
File supplementare 1: Introduzione per il sistema di posturografia dinamica computerizzata. Clicca qui per scaricare questo file.
Tabella supplementare 1: Tecnica di applicazione sui siti muscolari di elettrodi sEMG Si prega di fare clic qui per scaricare questa tabella.
Tabella supplementare 2: Postura standard per il metodo di normalizzazione EMG per i muscoli misurati. Clicca qui per scaricare questa tabella.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Gli individui con instabilità cronica della caviglia (CAI) presentano carenza di controllo posturale e attivazione muscolare ritardata degli allevamenti inferiori. La posturografia dinamica computerizzata combinata con l'elettromiografia superficiale fornisce informazioni sulla coordinazione dei sistemi visivi, somatosensoriali e vestibolari con regolazione dell'attivazione muscolare per mantenere la stabilità posturale negli individui con CAI.
Gli autori riconoscono il finanziamento del Fondo Nazionale di Scienze Naturali della Cina (11572202, 11772201 e 31700815).
| NeuroCom Balance Manager SMART EquiTest | Natus Medical Incorporated, USA | I suoi componenti principali includono: NeuroCom Balance Manager Software Suite, doppia piastra di forza dinamica (rotazione e traslazione), surround visivo mobile con 15" Display LCD (potrebbe fornire una visualizzazione in tempo reale del soggetto' s mostrato come un cursore durante l'attività) e illuminazione, barra di supporto sopraelevata con imbracatura paziente, computer e altre parti. | |
| sistema wireless Myon 320 sEMG | Myon AG | Il sistema è costituito da 16 canali paralleli di segnali trasmettitori, ricevitore, software "EMG motion Tools" e "ProEMG", computer e altre parti. |
