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Articolo metodologico

Quantificazione del recupero dopo la ricostruzione del legamento crociato anteriore utilizzando la relazione coppia-velocità

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DOI:

10.3791/72088

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24 luglio 2026

 ,  ,  , 
1School of Kinesiology, Louisiana State University, 2Department of Orthopedics, University of North Carolina at Chapel Hill, 3Department of Physical Therapy, Louisiana State University Health Sciences Center

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo è pensato per dimostrare come i clinici possano valutare la relazione coppia-velocità dopo la ricostruzione del legamento crociato anteriore.

Abstract

Dopo la ricostruzione del legamento crociato anteriore (ACLR), i pazienti spesso mostrano deficit persistenti nella forza muscolare quadricipite che riducono la qualità della vita e portano a un compromisso funzionale a lungo termine. Storicamente, le valutazioni post-operatorie della funzione muscolare si sono concentrate sulla coppia isometrica massima o sulla coppia massima a una singola velocità isocinetica, trascurando la varietà di richieste poste su un gruppo muscolare tra le attività e la precisione necessaria a guidare le decisioni cliniche. L'obiettivo di questa dimostrazione è illustrare come i test isocinetici a diverse velocità angolari possano essere utilizzati per caratterizzare la relazione coppia-velocità dopo l'ACLR. Il protocollo include la preparazione dei partecipanti, la configurazione del dinamometro, la configurazione dell'intervallo di movimento e l'allineamento dei componenti chiave del test, inclusa la posizione della sedia e la lunghezza del braccio del dinamometro. La valutazione della forza consiste in test isometrici di estensione del ginocchio e test isocinetici concentrici di estensione e flessione del ginocchio a 60°/s, 180°/s e 240°/s. Per il metodo a due punti, la coppia-velocità si calcola come la differenza nella produzione di coppia normalizzata tra una velocità di prova lenta e una alta (ad esempio, 60°/s e 180°/s). Per una caratterizzazione completa multi-velocità, i valori di coppia massima ottenuti a ogni velocità vengono esportati su un foglio di calcolo o software statistico e analizzati utilizzando tecniche di regressione. Risultati precedenti hanno dimostrato che i pazienti seguiti dall'ACLR presentano relazioni di coppia-velocità degli estensori del ginocchio dell'arto coinvolto circa la metà dell'ampiezza dell'arto controlaterale, utilizzando il metodo a due punti, e una pendenza minore rispetto all'arto controlaterale tramite caratterizzazione a velocità multipla. La relazione coppia-velocità può identificare deficit persistenti non rilevati dai test a velocità singola e può essere utilizzata per monitorare il recupero nel tempo.

Introduzione

Le lesioni al legamento crociato anteriore sono tra le più comuni nello sport, causando miliardi di dollari di costi sanitari negli Stati Uniti ognianno. Nonostante i progressi nella tecnica chirurgica e nella cura clinica, dopo la ricostruzione del legamento crociato anteriore (ACLR), i pazienti sviluppano regolarmente una debolezza persistente del muscoloquadricipite 2,3. I deficit nella funzione muscolare quadricipite sono associati a una diminuzione della qualità della vita, una diminuzione della capacità di completare le attività quotidiane e una diminuzione della funzionecomplessiva 4,5,6,7. Data l'importanza della funzione del quadricipite, le batterie di test, inclusa la valutazione oggettiva dei quadricipiti, sono un elemento chiave delle batterie di test multidimensionali utilizzate durante il processo decisionale di ritorno allosport 8.

Le attuali valutazioni cliniche della funzione muscolare valutano la forza massima come misura della capacità muscolare, ma la performance muscolare è influenzata anche da ulteriori principifisiologici 8,9,10. La relazione forza-velocità è un principio fisiologico di base definito dalla relazione inversa tra velocità di contrazione e produzionedi forza 11,12. Questo modello è stato dimostrato in numerosi studi in vitro e in vivo, così come nel muscolo intero umano, tramite la relazionecoppia-velocità 12,13. La relazione coppia-velocità è stata precedentemente caratterizzata tramite dinamometria isocinetica ed è stata dimostrata alterata in pazienti con storia di ACLR, oltre che a causa di immobilizzazione, invecchiamento e altrepatologie 14,15,16,17,18. Dato l'uso diffuso di test a una o due velocità per uso clinico, questo metodo è stato sviluppato per monitorare i cambiamenti in un principio fisiologico sottostante del muscolo.

L'uso di test isometrici e isocinetici dopo ACLR è diffuso e ampiamenteaccettato 19,20. Concentrarsi esclusivamente sulla produzione di coppia a una singola velocità tramite test isometrici o isocinetici a una singola velocità potrebbe non rappresentare la gamma di richieste muscolari durante le attività della vita quotidiana e dello sportdi alto livello 14,21,22. Il metodo a due punti per caratterizzare la relazione coppia-velocità si è dimostrato affidabile e può essere clinicamente utile purché le velocità scelte abbiano una differenza di velocità angolare di almeno 90°/s 15,23. Questo protocollo dimostra due test isocinetici di velocità per uso clinico e l'uso di velocità multiple per caratterizzare in modo più dettagliato la relazione coppia-velocità. Sebbene questo protocollo si concentri sull'analisi della produzione di coppia massima, il dinamometro permetterà anche l'esportazione completa dei dati delle serie temporali per le analisi delle serie temporali. La coppia di picco è una misura della forza massima o della generazione di potenza, ma variabili come la velocità di sviluppo della coppia, il tempo fino alla coppia di picco e l'angolo di coppia di picco dimostrano metodi aggiuntivi per determinare la capacità dei partecipanti di generare forza rapidamente e rispondere a richieste potenzialivariabili 24,25,26,27.

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Protocollo

Tutti i dati rappresentativi sono stati raccolti dopo l'approvazione del comitato di revisione istituzionale e il consenso informato è stato ottenuto da tutti i partecipanti. Il protocollo di seguito è stato eseguito su partecipanti di almeno 12 anni e 4 mesi dopo l'ACLR, senza restrizioni basate sul tipo di innesto. I criteri di esclusione erano gravidanza, grave infezione vicino all'arto inferiore, anomalie muscolari note e una storia di disturbo cardiopolmonare.

1. Metodo 1: Preparazione dei partecipanti e configurazione del dinamometro

NOTA: Un sistema coerente del dinamometro è fondamentale per garantire una valutazione valida e riproducibile della coppia tra sessioni e partecipanti. Come raccomandato dal produttore, il dinamometro dovrebbe essere calibrato mensilmente. I dati di coppia, velocità e posizione in questo protocollo venivano esportati a 100 Hz, senza ulteriori levigature o filtri oltre all'elaborazione del segnale da parte del produttore. Questo protocollo non dovrebbe essere completato prima che il paziente abbia completato l'estensione del ginocchio a catena aperta durante la riabilitazione.

  1. Inizia tutte le procedure con l'arto non coinvolto.
  2. Fai completare al partecipante un riscaldamento standardizzato che consiste in circa 5 minuti di camminata su tapis roulant a un ritmo standardizzato di 3,0 mph.
  3. Accendi il dinamometro e collega il braccio del dinamometro.
  4. Posiziona la sedia con un angolo di 85° e imposta la rotazione del dinamometro a 40°, in linea con gli standard del produttore.
  5. Fai sedere il partecipante con i fianchi fletti a circa 85° e istruiscilo a mantenere una postura eretta ed evitare di afferrare le maniglie del dinamometro durante i test.
  6. Regolare la traslazione posteriore in modo che la fossa poplitea sia posizionata circa 3–4 cm davanti al bordo della sede.
  7. Regolare la posizione della sedia e l'orientamento del braccio del dinamometro finché l'asse meccanico non si allinea con il condilo femorale laterale.
  8. Posizionare il cuscinetto di resistenza del braccio dinamometrico circa 5 cm prossimale al malleolo laterale sulla porzione anteriore della gambainferiore 28,29.
  9. Fissa l'arto di prova al braccio del dinamometro. Assicurati che il gambo rimanga neutro per evitare rotazioni quando lo fissi al braccio del dinamometro con una cinghia. Stabilizza il partecipante usando cinghie attraversate il busto e il bacino.
  10. Fissare la coscia di prova con una cinghia per impedire la flessione dell'anca e fissare l'arto controlaterale utilizzando la contenzione disponibile. Oltre alle restrizioni, i pazienti devono essere invitati a cercare di estendere e flettere l'arto testato solo per tutta la durata del test.
  11. Muovi passivamente l'arto attraverso un arco di movimento completo per assicurarti che non siano necessarie ulteriori aggiustamenti. Registra la posizione della sedia, la posizione del dinamometro e la lunghezza del braccio per valutazioni future.

2. Metodo 2: Impostare la distanza di movimento

NOTA: Usa fermate basate su software e manuali.

  1. Imposta lo zero anatomico a 180°/estensione completa del ginocchio. Se il partecipante non ha un'estensione completa del ginocchio, si utilizza la funzione di offset del dinamometro per compensare la limitazione. Inserisci la differenza dalla posizione attuale dell'arto agli zero gradi anatomici nello spostamento del dinamometro. Le limitazioni della gamma di movimento possono alterare l'analisi della forma d'onda e l'angolo di coppia massimo.
  2. Imposta il limite di estensione del dinamometro a 175° (5° di flessione del ginocchio da zero anatomico o massimo disponibile di estensione del ginocchio).
  3. Imposta il limite di flessione del dinamometro a 70° (110° di flessione del ginocchio da zero anatomico o massima flessione disponibile se 110° non si raggiunge).
  4. Regola i registri manuali di conseguenza.
  5. Il peso degli arti dovrebbe essere misurato il più possibile vicino all'estensione massima del ginocchio senza compromettere il comfort del partecipante e senza superarlo. Istruire il paziente a rilassarsi e pesare l'arto 3–4 volte in rapida successione finché il peso non appare stabile.
    NOTA: Se il peso degli arti varia meno di 1,5 Nm, considera il peso stabile. Una volta accettato il peso, il software applicherà automaticamente la correzione di gravità. Per tutte le analisi dovrebbero essere utilizzati valori corretti.

3. Metodo 3: Valutazione della forza

NOTA: La coerenza nelle indicazioni e nelle istruzioni è fondamentale. Istrui i pazienti a calciare il più forte e velocemente possibile. Dai incoraggiamento verbale.

  1. Inizia i test con l'arto non coinvolto
  2. Fornisci istruzioni verbali standardizzate come: "Calcia il più forte e velocemente possibile", "Tira giù la gamba il più forte e velocemente possibile" e "Stai sempre muovendo la macchina, e lei non muove te."
  3. Fornisci un forte incoraggiamento verbale durante tutte le prove.

4. Metodo 4: Test isometrici

  1. Esegui test isometrici di estensione del ginocchio con un angolo articolare di 90 gradi di flessione del ginocchio.
  2. Inizia con tre ripetizioni di familiarità. Istruire il partecipante a calciare e mantenere una contrazione al 25% del massimo percepito, seguito dal 50% e dal 75%, con 30 secondi di riposo tra una contrazione e l'altra. Questo intervallo di riposo è coerente con altre indagini che utilizzano la dinamometria isocinetica eisometrica 24,26.
  3. Istrui il partecipante a calciare il più forte e velocemente possibile e a mantenere la contrazione per 3–5 secondi.
  4. Eseguire 2–3 tentativi massimi con 30 secondi di riposo tra un tentativo e l'altro.

5. Metodo 5: Test isocinetici

  1. Eseguire test concentrici isocinetici di estensione e flessione del ginocchio alle seguenti velocità: 60°/s, 180°/s, 240°/s.
    NOTA: Le impostazioni del dinamometro abbinano di default i movimenti di agonista e antagonista durante i test isocinetici concentrici, ma questi risultati si concentreranno sugli estensori del ginocchio, poiché è lì che sono stati identificati deficit precedenti.
  2. Ad ogni velocità,
    1. Eseguire 4 ripetizioni consecutive di pratica submassima, progredendo da basso a quasi massimo sforzo (25–75%).
    2. Esegui 8 ripetizioni di sforzo massimo.
    3. Fornisci un feedback visivo in tempo reale che mostri le curve coppia vs tempo o coppia vs posizione e incoraggiamenti verbali coerenti.
    4. Consentire 30–60 secondi di riposo tra un test e l'altro a ogni nuova velocità. Questo intervallo di riposo è coerente con altre indagini che utilizzano la dinamometria isocinetica eisometrica 24,26. I test a velocità singola spesso utilizzano intervalli di riposo di 30 secondi, ma le indagini che utilizzano test a velocità multiple hanno dimostrato che intervalli di riposo di 60 secondi sembrano sufficienti a ridurre gli effetti potenziali della fatica 24,30,31. Se i partecipanti mostrano segni di eccessiva affaticamento, si considerino aumenti specifici del tempo di riposo specifici per sito.
  3. Ripeti l'intero protocollo sull'ACLR.
  4. Istruisci i partecipanti a interrompere i test se avvertono dolore acuto o fastidio.

6. Metodo 6: Elaborazione dei dati e misure di risultato

NOTA: Per uso clinico, valutare la simmetria nella produzione di coppia massima su tutte le velocità e confermare diminuzioni di coppia all'aumentare della velocità di contrazione. Se il coefficiente di variazione tra le prove per qualsiasi velocità isocinetica supera il 10%, ritesta se il tempo lo permette, a meno che il paziente non riferisca dolore.

  1. Identificare la coppia massima (il valore di coppia istantanea più alto) per ogni velocità e tipo di contrazione dalla ripetizione che ha prodotto la coppia massima di picco.
  2. Normalizzare i valori di coppia alla massa corporea (Nm/kg).
  3. Identificare un insieme primario di due velocità per il calcolo della coppia-velocità usando il metodo a due punti (ad esempio, 60°/s e 180°/s). Per i calcoli a due punti, si calcola la coppia-velocità come la differenza nella produzione di coppia normalizzata tra velocità lente e alta.

7. Metodo 7: Caratterizzazione a più velocità di coppia-velocità (opzionale)

  1. Valori di coppia massima all'esportazione per ogni condizione testata, inclusi isometrici (0°/s) e tutte le velocità isocinetiche (60°/s, 180°/s, 240°/s).
  2. Inserisci i dati nel software di Microsoft Excel per fogli di calcolo:
    1. Colonna A: Velocità angolare
    2. Colonna B: Coppia di picco coinvolta (Nm)
    3. Colonna C: Coppia di picco non coinvolta (Nm)
      NOTA: I valori di coppia grezzi e normalizzati producono pendenze proporzionali all'interno di un singolo partecipante. Per confronto tra i partecipanti, la massa corporea e altri fattori individualizzati possono essere inclusi come covarie nei modelli statistici.
  3. Crea una riga aggiuntiva usando la funzione SLOPE nel software del foglio di calcolo usando =SLOPE(torque_values, velocity_values)
  4. Crea una riga aggiuntiva per analizzare la simmetria usando =(involved_limb_slope/uninvolved_limb_slope)*100 (Figura 1).
  5. Annota il valore della pendenza risultante
  6. Se desiderato, esportare i dati completi di coppia, posizione, velocità e serie temporali per analisi successive. I dati esportati possono essere utilizzati per calcolare variabili aggiuntive, come la velocità di sviluppo della coppia (variazione della coppia nel tempo) e altre caratteristiche di tempo dicoppia 26,32.

figure-protocol-1
Figura 1. Dataset rappresentativo di coppia-velocità semplificato e flusso di lavoro di analisi rapida. I valori di coppia di picco venivano esportati in software di fogli di calcolo e rappresentati in base alla velocità angolare utilizzando una linea di regressione lineare. Questo rappresenta un inserimento dati semplificato per un singolo partecipante e dovrebbe essere ampliato con colonne aggiuntive per ogni partecipante e una sessione di test per la valutazione longitudinale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Risultati

Il completamento con successo di questo protocollo dovrebbe portare alla massima coppia erogata a velocità zero (isometrica) e a un progressivo calo della coppia con l'aumento delle velocità di contrazioneisocinetiche 12. In una coorte precedente, esaminando pazienti con storia di ACLR, questo declino progressivo era maggiore negli arti non coinvolti rispetto agli artiACLR 14. I singoli grafici del tempo di coppia o della posizione della co...

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Discussione

Questo protocollo descrive un metodo clinicamente fattibile per valutare la relazione coppia-velocità del quadricipite utilizzando la dinamometria multimodale che segue l'ACLR. La debolezza persistente del quadricipite è comune in tutte le fasce d'età e nei tipi di innestoACLR 36,37. Le batterie di test tradizionali per i pazienti che tornano allo sport dopo l'intervento si concentrano sulla massima forza ma potrebbero non valuta...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse o divulgazioni da segnalare.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Stazione di lavoroQualsiasi produttore commercialeN/AUtilizzato per far funzionare il software del dinamometro e esportare i dati
Inclinometri digitaliQualsiasi produttore commercialeN/AUtilizzato per verificare la posizione zero anatomica se lo si desidera
Sistema di test e riabilitazione HUMAC NORMCSMi Solutionshttps://csmisolutions.com/Dinamometro multimodo computerizzato utilizzato per test di forza isometrica e isocinetica del ginocchio
Software di fogli di calcoloMicrosoftExcel (versione dipendente)Utilizzato per l'inserimento di dati e l'elaborazione dei dati di coppia
Tapis roulantQualsiasi produttore commercialeN/AUtilizzato per il riscaldamento standardizzato prima dei test

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