UNIVERZA V LJUBLJANI ZDRAVSTVENA FAKULTETA FIZIOTERAPIJA, 2. STOPNJA
David Popič
PRIMERJAVA KONCENTRIČNIH IN
EKSCENTRIČNIH IZOKINETIČNIH NAVOROV MIŠIC KOLENA TER NJIHOVIH RAZMERIJ PRI ZDRAVIH
MLADIH ODRASLIH
magistrsko delo
COMPARISON OF ISOKINETIC CONCENTRIC AND ECCENTRIC PEAK TORQUES AND THEIR RATIOS OF KNEE MUSCLE GROUPS IN HEALTHY YOUNG
ADULTS
master thesis
Mentor: izr. prof. dr. Alan Kacin Somentorica: asist. dr. Daša Weber Recenzentka: doc. dr. Renata Vauhnik
Ljubljana, 2021
ZAHVALA
Za vso strokovno pomoč in usmeritve pri izdelavi magistrskega dela se iskreno zahvaljujem mentorju izr. prof. dr. Alanu Kacinu in somentorici asist. dr. Daši Weber. Za recenzijo magistrskega dela se iskreno zahvaljujem tudi doc. dr. Renati Vauhnik.
Posebej se zahvaljujem vsem preiskovancem, ki so prostovoljno sodelovali v raziskavi magistrskega dela. Obenem se za odlično sodelovanje pri izvedbi testiranja preiskovancev zahvaljujem tudi sošolki Ajdi Hrastnik.
Zahvaljujem se tudi staršem, ki so me podpirali pri mojih odločitvah in me spodbujali v času pisanja magistrskega dela.
IZVLEČEK
Uvod: Izokinetična dinamometrija je zanesljivo merilno orodje za oceno zmogljivosti mišic fleksorjev in ekstenzorjev kolena pri različnih vrstah kontrakcije in različnih hitrostih gibanja. Za ugotavljanje uravnoteženosti delovanja antagonističnih mišičnih skupin kolena se običajno izračunajo konvencionalna (ekscentrična in koncentrična) in funkcionalna razmerja njihovih največjih navorov (H:Q). Vendar le-ta niso konstantna, ampak se spreminjajo v odvisnosti od hitrost krčenja mišic, poleg tega naj bi nanje pomembno vplival tudi spol. Namen: Proučiti zmogljivost koncentričnih in ekscentričnih kontrakcij mišic fleksorjev in ekstenzorjev kolena pri zdravih mladih odraslih. Pri tem nas je zanimal zlasti vpliv spola in hitrosti mišične kontrakcije na konvencionalna ter funkcionalna razmerja obeh mišičnih skupin. Metode dela: V raziskavi je sodelovalo 31 zdravih mladih odraslih obeh spolov (starost: 20-31 let). Z računalniško vodenim izokinetičnim dinamometrom smo izmerili največje koncentrične in ekscentrične navore fleksorjev in ekstenzorjev kolena pri treh različnih kotnih hitrostih gibanja sklepa (60°/s, 180°/s, 240°/s) in iz njih izračunali konvencionalna ter funkcionalna razmerja H:Q. Za statistično analizo sta bila uporabljena parni t-test in faktorska ANOVA. Rezultati: Največji ekscentrični navori obeh mišičnih skupin so bili statistično pomembno (p<0,01) večji pri vseh kotnih hitrostih za oba spola.
Koncentrični navori so se manjšali obratno sorazmerno s kotno hitrostjo (p<0,001). Največji ekscentrični in koncentrični navori, normalizirani na telesno maso, so bili višji pri moških (p<0,05), medtem ko interakcija med spolom in kotno hitrostjo ni bila statistično pomembna.
Med spoloma ni bilo statistično pomembne razlike v koncentričnih in funkcionalnih razmerjih H:Q, medtem ko so imele ženske manjša (p=0,020) ekscentrična razmerja H:Q kot moški. Interakcija med spolom in kotno hitrostjo ni pokazala statistično pomembnih razlik v razmerjih H:Q. Razprava in zaključek: Med spoloma obstajajo razlike v največjih navorih obeh mišičnih skupin kolena in njunih ekscentričnih razmerjih. Ostala razmerja H:Q se v proučevanem območju hitrosti krčenja mišic med spoloma ne razlikujejo. V prihodnje bi bilo smiselno meritve izvesti še pri kotnih hitrostih >240°/s in izračunati tudi kotno- specifična razmerja H:Q.
Ključne besede: razmerja H:Q, koncentrična in ekscentrična kontrakcija, mišice kolena, zdravi mladi odrasli.
ABSTRACT
Introduction: Isokinetic dynamometry is a reliable measuring method for evaluating peak torques of the knee flexor and extensor muscles across various types of contraction and velocities of movement. To assess balance of antagonistic muscle groups of the knee, the conventional (concentric and eccentric) and functional ratios of their maximum torques (H:Q) are usually calculated. However, the H:Q are not constant values, since change is depending on the velocity of muscle contraction, they are presumably also influenced by gender. Purpose: To study the performance of knee flexor and extensor muscles during concentric and eccentric contractions in healthy young adults. We were particularly interested in the influence of gender and muscle contraction velocity on conventional and functional H:Q ratios. Methods: The study was conducted on a sample of 31 healthy young adults of both genders (age: 20-31 years). A computer-driven isokinetic dynamometer was used to measure the maximum concentric and eccentric peak torques of the knee flexors and extensors at three different angular velocities (60°/s, 180°/s, 240°/s), and to calculate conventional and functional H:Q ratios. Paired t-test and factorial ANOVA were used for statistical analysis. Results: The eccentric peak torques were statistically significantly (p<0,01) higher at all angular velocities regardless of gender. The concentric peak torques of both muscle groups decreased inversely with angular velocity (p < 0,001). Eccentric and concentric peak torques normalized to body mass were higher in men (p<0,05), while the interaction between gender and angular velocity was not statistically significant. There was no statistically significant difference between genders in concentric and functional H:Q ratios, whereas women had lower (p=0,020) eccentric peak torque H:Q ratios than men. The interaction between gender and joint angular velocity was not statistically significant for any of the H:Q ratios. Discussion and conclusion: There are some differences between genders in peak torques of both knee muscle groups and their eccentric H:Q ratios. Other H:Q ratios do not differ between genders in the studied range of muscle contraction rates. We recommend expanding the range of contraction velocities to >240°/s and calculate H:Q ratios depending on joint position in future research.
Keywords: H:Q ratios, concentric and eccentric contraction, knee muscles, healthy young adults.
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ... 1
1.1 Mišice kolenskega sklepa ... 1
1.2 Izokinetična dinamometrija mišic kolena ... 2
1.2.1 Konvencionalno razmerje navorov mišic kolena ... 3
1.2.2 Funkcionalno razmerje navorov mišic kolena ... 4
1.2.3 Ostale oblike razmerij navorov mišic kolena ... 5
1.2.4 Dejavniki vpliva na izokinetično jakost mišic ... 6
2 NAMEN ... 7
3 METODE DELA ... 8
3.1 Preiskovanci ... 8
3.2 Metode merjenja in testiranja ... 9
3.2.1 Dinamometrično testiranje fleksorjev in ekstenzorjev kolena ... 9
3.3 Statistične metode ... 12
4 REZULTATI ... 12
4.1 Primerjava največjih koncentričnih in ekscentričnih navorov mišic kolena ... 13
4.2 Primerjava največjih koncentričnih navorov mišic kolena pri različnih kotnih hitrostih gibanja ... 14
4.3 Največji koncentrični in ekscentrični navori, normalizirani na telesno maso posameznika ... 16
4.4 Razmerja največjih navorov mišic kolena ... 19
5 RAZPRAVA ... 22
6 ZAKLJUČEK ... 28
7 LITERATURA IN DOKUMENTACIJSKI VIRI ... 29
8 PRILOGE
8.1 Soglasje Komisije Republike Slovenije za medicinsko etiko 8.2 Soglasje preiskovancev za sodelovanje v raziskavi
8.3 Informacije za preiskovance
KAZALO SLIK
Slika 1: Primerjave največjih koncentričnih in ekscentričnih navorov fleksorjev kolena pri treh različnih hitrostih gibanja sklepa. ... 13 Slika 2: Primerjave največjih koncentričnih in ekscentričnih navorov ekstenzorjev kolena pri treh različnih hitrostih gibanja sklepa. ... 14 Slika 3: Primerjave največjih koncentričnih izokinetičnih navorov fleksorjev kolena pri treh različnih kotnih hitrostih gibanja kolena. ... 15 Slika 4: Primerjave največjih koncentričnih izokinetičnih navorov ekstenzorjev kolena pri treh različnih kotnih hitrostih gibanja kolena. ... 15 Slika 5: Primerjava največjih normaliziranih koncentričnih navorov fleksorjev kolena med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih. ... 17 Slika 6: Primerjava največjih normaliziranih koncentričnih navorov ekstenzorjev kolena med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih. ... 17 Slika 7: Primerjava največjih normaliziranih ekscentričnih navorov fleksorjev kolena med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih. ... 18 Slika 8: Primerjava največjih normaliziranih ekscentričnih navorov ekstenzorjev kolena med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih. ... 19 Slika 9: Primerjave koncentričnih razmerij navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (Hcon:Qcon) med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih. ... 20 Slika 10: Primerjave ekscentričnih razmerij navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (Hecc:Qecc) med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih. ... 21 Slika 11: Primerjave funkcionalnih razmerij navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (Hecc:Qcon) med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih. ... 21
KAZALO TABEL
Tabela 1: Protokol testiranja z izokinetičnim dinamometrom Humac Norm. ... 11 Tabela 2: Osnovne značilnosti vključenih preiskovancev. ... 12 Tabela 3: Povprečja (SO) največjih koncentričnih in ekscentričnih navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena pri različnih kotnih hitrostih. ... 13 Tabela 4: Povprečja (SO) največjih koncentričnih navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena pri različnih kotnih hitrostih gibanja sklepa. ... 16 Tabela 5: Povprečja (SO) koncentričnih navorov mišic kolena normaliziranih glede na telesno maso posameznika pri različnih kotnih hitrostih gibanja kolena. ... 16 Tabela 6: Povprečja (SO) ekscentričnih navorov mišic kolena normaliziranih glede na telesno maso posameznika pri različnih kotnih hitrostih gibanja kolena. ... 18 Tabela 7: Povprečja (SO) konvencionalnih in funkcionalnih razmerij navorov H:Q glede na kotno hitrost in spol. ... 20
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC IN OKRAJŠAV
CON koncentrična kontrakcija ECC ekscentrična kontrakcija
EMG elektromiografija
H:Q razmerje največjih navorov med fleksorji in ekstenzorji kolena
Hcon:Qcon konvencionalno razmerje največjega koncentričnega navora fleksorjev in ekstenzorjev kolena
Hecc:Qecc konvencionalno razmerje največje ekscentričnega navora fleksorjev in ekstenzorjev kolena
Hecc:Qcon funkcionalno razmerje največjega ekscentričnega navora fleksorjev in največjega koncentričnega navora ekstenzorjev kolena
Hcon:Qecc funkcionalno razmerje največjega koncentričnega navora fleksorjev in največjega ekscentričnega navora ekstenzorjev kolena
TMG tenziomiografija
1
1 UVOD
Mišične celice so zasnovane, da ustvarjajo silo in gibanje (Sweeney, Hammers, 2018), pri čemer se skeletne mišice med aktivnostjo lahko skrajšujejo ali podaljšujejo (koncentrična ali ekscentrična kontrakcija), vendar se ti dve obliki kontrakcije med seboj zelo razlikujeta glede povečevanja sile, največje sile in porabe energije (Franchi et al., 2017). Znano je, da mišica, ki se podaljšuje (ekscentrična kontrakcija), proizvede večjo silo pri manjši porabi energije glede na enoto sile kot mišica, ki se skrajšuje (koncentrična kontrakcija), ali kot mišica, ki ostane v konstantni dolžini (izometrična kontrakcija) (Herzog, 2018).
Za merjenje koncentrične in ekscentrične mišične jakosti posamezne mišične skupine skozi celoten obseg giba in s konstantno kotno hitrostjo se uporabljajo izokinetični dinamometri (Mau-Moeller et al., 2019), ki že od svojega nastanka omogočajo edinstven vpogled v ocenjevanje mišične funkcije človekovega delovanja in rehabilitacije, zato se pogosto uporabljajo v vadbenih in rehabilitacijskih centrih kot tudi v znanstvenih laboratorijih (Caruso et al., 2012).
Eden od najbolj preučevanih parametrov izokinetične mišične jakosti je še vedno največji navor in uporaba le tega je priporočljiva za uporabo v klinične namene in raziskave (Kannus, 1994). Izračunana izokinetična razmerja največjih navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena imajo visoko zanesljivost tako pri konvencionalnem kot tudi funkcionalnem razmerju navorov (Duarte et al., 2018). Obenem podatki o razmerjih navorov mišic kolena športnim trenerjem lahko pomagajo določiti ustrezne cilje za programe preprečevanja poškodb (Kellis, Katis, 2007). Izokinetična dinamometrija je zato priljubljena metoda za oceno dinamične mišične funkcije tako v kliničnih raziskavah kot v športu (Gleeson, Mercer, 1996), kjer je izvedenih več raziskav na različnih populacijah športnikov (O'Donnell et al., 2020; Kellis et al., 2019; Sousa et al., 2019; Lee et al., 2018; Carvalho et al., 2016; Cheung et al., 2012; Gerodimos et al., 2003; Rosene et al., 2001), medtem ko je podatkov o mišični jakosti ostale zdrave populacije malo ali jih sploh ni (Danneskiold-Samsøe et al., 2009).
1.1 Mišice kolenskega sklepa
Koleno je sklep spodnjega uda, ki omogoča gibanje med stegnenico, golenico in pogačico (Vaienti et al., 2017). Stabilnost kolenskega sklepa je omogočena zaradi oblike kondilov in
2
meniskusov v kombinaciji s pasivnimi podpornimi strukturami, pri čemer imajo pomembno vlogo še posteromedialni in posterolateralni komponenti sklepne ovojnice ter iliotibialni trakt, medtem ko mišice, ki delujejo na sklep, zagotavljajo sekundarno dinamično stabilnost (Kakarlapudi, Bickerstaff, 2001).
Večina mišic kolena je enosklepnih in primarno premikajo ter sekundarno stabilizirajo koleno. Nekatere od mišic izvajajo poleg gibov kolena tudi gibe v kolčnem sklepu (dvosklepne mišice). Na sprednjem delu stegna se nahaja mišica quadriceps, ki jo sestavljajo rectus femoris, vastus lateralis, vastus medialis in vastus intermedius. Primarna funkcija sprednjih stegenskih mišic je ekstenzija kolena. Zadnji del stegna sestavljajo mišice biceps femoris, semimembranosus in semitendinosus, ki tvorijo skupino zadnjih stegenskih mišic, katerih funkcija je fleksija kolena (Abulhasan, Grey, 2017). Gibi fleksije in ekstenzije kolena spadajo pod primarne gibe kolenskega sklepa (Saunders, 1933). Sicer sta del zadnje skupine mišic še mišici plantaris in gastrocnemius. Notranjo skupino mišic stegna pa sestavljata sartorius in gracilis, medtem ko zunanji del kolena sestavljajo iliotibialni trakt in mišica popliteus (Abulhasan, Grey, 2017).
1.2 Izokinetična dinamometrija mišic kolena
Izokinetične meritve mišične jakosti kolena so ene izmed najbolj zanesljivih in veljavnih meritev, ki pod laboratorijskimi pogoji podajo objektivno sliko mišične jakosti ekstenzorjev in fleksorjev kolena pri koncentrični ter ekscentrični kontrakciji (Brown, 2000 cit. po Ermiş et al., 2019). Izokinetična dinamometrija velja za zlati standard objektivnega merjenja dinamične mišične zmogljivosti in funkcije (Duarte et al., 2018). Povezovanje računalniških mikroprocesorjev z izokinetičnimi dinamometri je namreč omogočilo hitro kvantifikacijo številnih parametrov mišične funkcije, kot so: največji navor, od kota odvisni navor (angl.
angle-specific torque), delo, moč, energija pospeška navora in številni indeksi vzdržljivosti.
Izokinetični dinamometri omogočajo izometrične in izokinetične (koncentrične in ekscentrične) meritve pri poljubnih kotnih hitrostih (Kannus, 1994).
Izokinetično testiranje kolena je pomembno zlasti pri poškodbah kolena, kjer zdravo (nepoškodovano) koleno predstavlja pomembno primerjalno referenčno vrednost poškodovani strani (Dervišević, Hadžić, 2009), obenem pa primanjkljaj mišične jakosti
3
fleksorjev kolena in slabo razmerje navorov med fleksorji in ekstenzorji kolena lahko nakazuje tudi na večje tveganje za poškodbo fleksorjev kolena pri nogometaših (Lee et al., 2018). Ocenjevanje izokinetične in izometrične mišične funkcije se tako danes pogosto uporablja v športu, klinični praksi in raziskavah, s čimer se spremlja učinke športnega treninga in terapevtskih obravnav (Mau-Moeller et al., 2019).
1.2.1 Konvencionalno razmerje navorov mišic kolena
Razmerje med maksimalno izokinetično mišično jakostjo fleksorjev in ekstenzorjev kolena (angl. H:Q ratio) je parameter, ki je pogosto uporabljen za opis uravnoteženosti delovanja mišic kolenskega sklepa (Aagaard et al., 1998; Kannus, 1994), ključno za prepoznavanje neravnovesij zmogljivosti stegenskih mišic, in pomembna komponenta pri preprečevanju športnih poškodb (Cheung et al. 2012). Razmerje, izračunano na podlagi iste vrste kontrakcije (koncentrične ali ekscentrične), izvedene pri dani kotni hitrosti, se imenuje konvencionalno razmerje največjih navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (Aagaard et al., 1998).
Wu in sodelavci (1997) so proučevali povezanost spremenljivk izokinetične koncentrične in ekscentrične jakosti mišic stegna pri kotnih hitrostih 60°/s in 120°/s. Na populaciji zdravih oseb so proučili povezavo med največjimi koncentričnimi in ekscentričnimi navori, delom in povprečno močjo ekstenzorjev ter fleksorjev kolena. Ugotovljena je bila visoka povezava med vsemi koncentričnimi in ekscentričnimi spremenljivkami (r = 0,67–0,93), od katerih so bile vse razen dveh spremenljivk višje pri ekscentrični kontrakciji. Največji koncentrični navor je imel tako največjo povezavo (r = 0,84) z največjim ekscentričnim navorom. Med tem sta bili razmerji koncentričnih in razmerji ekscentričnih navorov H:Q slabše povezani (0,35–0,64), kar pomeni, da posameznik z velikim razmerjem koncentričnih navorov med agonističnimi mišicami, nima nujno tudi visokega razmerja ekscentričnih navorov ali obratno. Wu in sodelavci (1997) zato navajajo, da bi moralo biti razmerje H:Q med fleksorji in ekstenzorji kolena računano tako iz podatkov koncentričnih kot ekscentričnih kontrakcij.
Ghena in sodelavci (1991) so ugotovili, da se razmerje koncentričnih navorov H:Q na vzorcu mladih odraslih športnikov, starih med 18 in 25 let, statistično pomembno povečuje s povečanjem hitrosti kontrakcije; to je bilo ugotovljeno tudi na ne-športni populaciji (Colliander, Tesch, 1989). Tudi navor ekstenzorjev in fleksorjev kolena je statistično
4
pomembno večji pri ekscentrični kontrakciji v primerjavi s koncentrično kontrakcijo (Ghena et al., 1991; Colliander, Tesch, 1989). Ghena in sodelavci (1991) navajajo, da je bilo v njihovi raziskavi razmerje navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena statistično pomembno večje med ekscentrično kontrakcijo, medtem ko so v predhodni raziskavi (Colliander, Tesch, 1989) ugotovili, da je bilo to razmerje večje pri koncentričnem razmerju.
Aagaard in sodelavci (1995) so ugotovili, da je konvencionalno razmerje največjih navorov H:Q s popravkom vpliva sile teže (angl. gravity correction) med 0,47 in 0,54, odvisno glede na kotno hitrost gibanja sklepa (30°/s, 120°/s, 240°/s). Coombs in Garbutt (2002) navajata, da je konvencionalno razmerje navorov mišic kolena z normativnimi vrednostmi 0,6 dlje časa v ospredju razprav, saj tovrstna razmerja naj ne bi upoštevala kota sklepa, pri katerem se pojavi največji navor. Aagaard in sodelavci (1998) so pri proučevanju konvencionalnega razmerja navorov H:Q, ki so temeljili na najvišjih navorih izmerjenih pri 50° fleksije kolena, prišli do vrednosti 0,5 in 0,6, pri kotu 40° fleksije kolena pa do vrednosti 0,6 in 0,7, medtem ko so pri kotu 30° fleksije dobili vrednosti med 0,6 in 0,8. Konvencionalno razmerje H:Q se je tako statistično pomembno povečevalo z večjo ekstenzijo kolenskega sklepa (Aagaard et al., 1998).
1.2.2 Funkcionalno razmerje navorov mišic kolena
Funkcionalno dinamično razmerje navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (angl. dynamic control ratio oz. functional ratio) so prvi opisali Dvir in sodelavci (1989). Pri funkcionalnem dinamičnem razmerju navorov gre za največji ekscentrični navor fleksorjev kolena deljen z največjim koncentričnim navorom ekstenzorjev kolena (Aagaard et al., 1995; Dvir et al., 1989). Možen je tudi izračun obratnega razmerja med koncentričnim navorom fleksorjev in ekscentričnim navorom ekstenzorjev kolena (Aagaard et al., 1995). Izsledki raziskave (Aagaard et al., 1998) nakazujejo, da je funkcionalno razmerje največjih ekscentričnih navorov fleksorjev in največjih koncentričnih navorov ekstenzorjev kolena (Hecc:Qcon), kar predstavlja silovito ekstenzijo kolena pri npr. brcanju žoge, vrednosti ≥ 1, oz. je približno dvakrat večje kot je konvencionalno razmerje navorov H:Q. Poleg tega je funkcionalno razmerje Hecc:Qcon največje pri končnem obsegu giba ekstenzije kolenskega sklepa, kar kaže na pomen ekscentričnega delovanja fleksorjev kolena za zagotavljanje mišičnega nadzora stabilnosti kolena (Aagaard et al., 1998; Aagaard et al., 1995).
5
Coombs in Garbutt (2002) navajata, da je uporaba funkcionalnega razmerja navorov H:Q, ki so ga predlagali Aagaard in sodelavci (1995), bolj fiziološka in funkcionalna kot konvencionalno razmerje navorov H:Q. Kasneje so Aagaard in sodelavci (1998) pokazali, da se funkcionalno razmerje navorov H:Q, ki predstavlja ekstenzijo kolena (Hecc:Qcon), povečuje s hitrostjo gibanja, medtem ko se obratno funkcionalno razmerje navorov H:Q, ki predstavlja fleksijo kolena (Hcon:Qecc), s hitrostjo zmanjšuje (Aagaard et al., 1998). O podobnih ugotovitvah sta v svoji raziskavi poročala tudi avtorja Kellis in Katis (2007), saj se je funkcionalno razmerje navorov (Hecc:Qcon) statistično pomembno povečalo pri ekstenziji kolena in z večjo hitrostjo gibanja sklepa. Aagaard in sodelavci (1995) so tudi ugotovili, da se vrednosti maksimalne jakosti fleksorjev kolena načeloma povečujejo z ekstenzijo kolena (Aagaard et al., 1998).
Aagaard in sodelavci (1998) so predpostavili, da je za celostno oceno funkcije kolenskega sklepa potrebno izmeriti tako absolutne vrednosti največjih mišičnih navorov kot tudi izračunati funkcionalna in konvencionalna razmerja navorov H:Q. Kellis in Katis (2007) pa sta kasneje ugotovila, da dinamometrični parametri ne odražajo natančnega razmerja oz.
ravnovesja sil kolenskega sklepa, zato priporočata, da se jih dopolni z meritvami površinske EMG, ki pokažejo individualne razlike v aktivaciji mišic pri posameznikih.
1.2.3 Ostale oblike razmerij navorov mišic kolena
Konvencionalna in funkcionalna razmerja navorov H:Q so izračunana na podlagi največjih navorov, ki pa jih fleksorji in ekstenzorji dosežejo v različnih položajih sklepa, kar verjetno ni najbolj ustrezno, saj bi moralo biti razmerje jakosti med antagonistom in agonistom izmerjeno pri enakem kotu sklepa, in sicer najbolje v položaju, kjer je dosežen najvišji navor agonista (Duarte et al., 2018). Pri razmerju med fleksorji in ekstenzorji kolena, izračunanem na podlagi maksimalnih navorov, niso upoštevane tudi ostale živčno-mišične spremenljivke, ki lahko vplivajo na razmerje med antagonistom in agonistom, kot so: spreminjanje navora v odvisnosti od obsega giba, eksplozivna moč, velikost mišice, utrujenost mišice in mišična aktivacija (Ruas et al., 2019). V zadnjem času se tako uveljavlja kotno-specifično funkcionalno razmerje navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (angl. angle-specific torque), kjer se izračuna razmerje navorov obeh mišičnih skupin pri enakem kotu v sklepu
6
in ne le razmerje maksimalnih navorov (Ruas et al., 2019). Poleg kotno-specifičnega razmerja navorov Cozzete in sodelavci (2019) kot alternativno obliko uveljavljeni načinom izračuna H:Q dodajajo še metodo »terminalnih rangov« (angl. terminal ranges) in metodo kotnih razponov (angl. angular ranges), vendar v zaključku dodajajo, da so za priporočila o njihovi uporabi potrebne dodatne raziskave. Tudi nedavni pregled literature (Ruas et al., 2019) kaže, da za uporabo kotno-specifičnih razmerji navorov še ni zadostnih dokazov o njihovem pomenu za funkcijo sklepa, zato so na tem področju potrebne nadaljnje raziskave.
Zato Ayala in sodelavci (2012) ugotavljajo, da je trenutno še vedno najbolj zanesljiva uporaba konvencionalnega in funkcionalnega razmerja navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena, ki temelji na najvišjem izmerjenem navoru znotraj danega obsega giba, in sicer neodvisno od tega pri katerem kotu sklepa se pojavi.
1.2.4 Dejavniki vpliva na izokinetično jakost mišic
Na izokinetično jakost mišic lahko vpliva več dejavnikov, kot so: kotna hitrost (Andrade et al., 2012; Cheung et al., 2012; Danneskiold-Samsøe et al., 2009), proučevana populacija oz.
vrsta športne discipline (Risberg et al., 2018; Andrade et al., 2012; Cheung et al., 2012) in v določeni meri tudi starost preiskovancev (Danneskiold-Samsøe et al., 2009). Nekatere razlike pa so zaznali tudi med spoloma (Holm, Vøllestad, 2008; Colliander, Tesch, 1989) in med dominantnim in nedominantnim spodnjim udom (Kong, Burns, 2010). Z višjimi kotnimi hitrostmi naj bi se povečalo razmerje konvencionalnega razmerja navorov H:Q (Rosene et al., 2001). Tudi Hewett in sodelavci (2008) navajajo, da se razmerje med fleksorji in ekstenzorji kolena povečuje s hitrostjo gibanja, torej pri bolj funkcijskih dejavnostih, vendar samo pri moških, medtem ko pri ženskah vpliv hitrosti na razmerja mišičnih sil ni zadovoljivo raziskan.
Iz pregleda literature ugotavljamo, da obstaja vrsta nejasnosti glede normalnih vrednosti največjih izokinetičnih navorov pri moških in ženskah kot tudi glede vpliva hitrosti in vrste mišične kontrakcije na različna razmerja H:Q, ki se sicer pogosto uporabljajo za ugotavljanje uravnovešenosti mišičnih sil na kolenski sklep. Ob pregledu dosedanjih raziskav tudi ugotavljamo, da je velika večina raziskav izvedena na različnih populacijah športnikov, medtem ko je podatkov o populaciji zdravih mladih odraslih, ki se ne ukvarjajo s specifično športno vadbo, zelo malo.
7
2 NAMEN
Namen magistrskega dela je bil na vzorcu mladih odraslih proučiti lastnosti koncentričnih in ekscentričnih izokinetičnih navorov mišic fleksorjev in ekstenzorjev kolena. Pri tem nas je zanimal zlasti vpliv hitrosti mišične kontrakcije na največji mišični navor in konvencionalna ter funkcionalna razmerja obeh mišičnih skupin. Analizirali smo tudi morebitne razlike v proučevanih parametrih med spoloma.
Znanstvene hipoteze, ki smo jih preverili, so:
H1: Največji navor mišic kolena je večji med ekscentrično kot med koncentrično kontrakcijo.
H2: Največji koncentrični navor obeh mišičnih skupin kolena se s povečanjem kotne hitrosti manjša.
H3: Največji koncentrični in ekscentrični navori, normalizirani na telesno maso posameznika, so višji pri moških.
H4: Ženske imajo manjša razmerja navorov mišic kolena kot moški.
H5: Razmerja največjih navorov mišic kolena se pomembno povečujejo s kotno hitrostjo le pri moških.
8
3 METODE DELA
Protokol raziskave je odobrila Komisija Republike Slovenije za medicinsko etiko (št. 0120- 382/2020-3) (Priloga 8.1). Vsi kandidati so pred vključitvijo v raziskavo dobili natančno pisno obrazložitev namena, poteka in metod raziskave, možnih tveganjih in pričakovanih izidih meritev (Priloga 8.3). Ob odločitvi za sodelovanje so podpisali pisno privolitev za sodelovanje (Priloga 8.2), obenem pa so jim bile pojasnjene njihove pravice, vključno z možnostjo prekinitve sodelovanja brez pojasnila in kakršnihkoli posledic kadarkoli med potekom raziskave. Izvedba raziskave je bila podvržena spreminjajočim se ukrepom za omejevanje širjenja COVID-19, zaradi česar smo morali prilagajati urnike in število testiranj v Laboratoriju za fizioterapijo UL ZF. Te in druge metodološke omejitve raziskave so podrobneje opisane v razpravi.
3.1 Preiskovanci
Prostovoljce smo pridobili po načelu priložnostnega vzorčenja. Vzorec populacije so predstavljali zdravi mladi odrasli – zlasti študenti Zdravstvene fakultete Univerze v Ljubljani, ki so bili povabljeni za prostovoljno sodelovanje v raziskavi in ostali mladi odrasli, ki so bili pripravljeni sodelovati v raziskavi.
Kriteriji za vključitev so bili naslednji:
V vzorec smo vključili študente Zdravstvene fakultete Univerze v Ljubljani in druge zdrave odrasle, ki niso imeli predhodne poškodbe ali operativnega posega na dominantnem kolenskem sklepu ter so bili pripravljeni na prostovoljno sodelovanje v raziskavi.
V raziskavo tako nismo vključili:
● aktivnih športnikov ali rekreativcev, ki redno vadijo več kot trikrat tedensko;
● oseb, ki imajo kakršnokoli kontraindikacijo za izokinetično testiranje ali tenziomiografijo (TMG);
● oseb, ki imajo zgodovino poškodbe kolenskega sklepa testirane noge.
9
3.2 Metode merjenja in testiranja
Vse meritve in testiranja so potekala v laboratoriju za fizioterapijo na Zdravstveni fakulteti Univerze v Ljubljani. Pred začetkom testiranja smo najprej zbrali osnovne demografske podatke (starost, spol, telesna masa) preiskovancev ter druge za raziskavo pomembne podatke o telesni dejavnosti in morebitnih bolezenskih stanjih. Nato smo pred začetkom izvedbe testiranja vsakega preiskovanca seznanili s protokolom testiranja, po katerem je sledilo 10 minutno ogrevanje (5 minut stopanja na stopnico in 5 minut statičnega raztezanja fleksorjev in ekstenzorjev kolena), ki je bilo narejeno z namenom preprečiti mišično- skeletne poškodbe.
Preiskovance, vključene v raziskavo, smo testirali z naslednjimi merilnimi orodji:
- TMG,
- izokinetično dinamometrijo.
Ogrevanju so sledile meritve TMG, s čimer smo izmerili kontraktilne lastnosti fleksorjev in ekstenzorjev kolena. Meritve s TMG so bile predmet drugega magistrskega dela, katere raziskava je potekala na istem vzorcu preiskovancev (Hrastnik, 2021).
3.2.1 Dinamometrično testiranje fleksorjev in ekstenzorjev kolena
Za ocenjevanje izokinetične mišične jakosti fleksorjev in ekstenzorjev kolena smo uporabili izokinetični dinamometer (Humac Norm, CSMI, Massachusetts, ZDA). Pri vsakem testirancu smo uporabili vrednosti navorov, izražene v Newton metrih (Nm) s popravkom vpliva sile teže. Meritve, opravljene z izokinetičnim dinamometrom, so visoko zanesljive (Brown, 2000 cit. po Ermiş et al., 2019; Mau-Moller et al., 2019; de Araujo Ribeiro Alvares et al., 2015; Li et al., 1996), kot so visoko zanesljiva tudi izokinetična razmerja maksimalnih navorov med fleksorji in ekstenzorji kolena tako pri konvencionalnem kot funkcionalnem razmerju navorov (Duarte et al., 2018). Vrednosti navorov smo tudi normalizirali na telesno maso merjenca, kar nam je omogočilo bolj neposredno primerjavo mišične zmogljivosti med moškimi in ženskami.
Izokinetični dinamometer smo pred začetkom testiranja kalibrirali v skladu s standardnim protokolom in po navodilih proizvajalca naprave. Preiskovance smo nato posedli na stol
10
dinamometra in jih stabilizirali preko prsnega koša in medenice s stabilizacijskimi trakovi, s čimer smo izključili prekomerne gibe ostalih sklepov telesa. Vsakemu preiskovancu je bilo potrebno posebej individualno prilagodili tudi os dinamometra, da je bila le-ta poravnana z anatomsko osjo kolenskega sklepa. Pred začetkom dejanskih meritev je sledila poskusna seznanitev z napravo, kjer so preiskovanci za posamezen tip mišične kontrakcije in glede na merjeno kotno hitrost lahko izvedli 3-5 (pri ekscentrični kontrakciji) oz. 8 (pri koncentrični kontrakciji) poskusnih gibov s submaksimalno obremenitvijo. Število poskusnih gibov pri ekscentrični kontrakciji je bilo manjše zaradi hitrejšega utrujanja mišic. Nato je sledilo dejansko testiranje. Preiskovance smo med meritvami tudi verbalno spodbujali. Z izokinetičnim dinamometrom smo najprej izmerili največji koncentrični in nato še ekscentrični navor mišic ekstenzorjev in fleksorjev kolena dominantne noge pri treh različnih hitrostih krčenja mišic oz. kotnih hitrostih premikanja sklepa, in sicer pri 60°/s, 180°/s ter 240°/s. Pri testiranju koncentričnih navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena je bil izhodiščni položaj fleksija kolenskega sklepa, medtem ko je bil pri testiranju ekscentričnih navorov zaradi zmanjšanja tveganja za poškodbo mišic in sklepa izhodiščni položaj kolena nepopolna ekstenzija (10° fleksije kolena). Za vsak tip mišične kontrakcije (koncentrično in ekscentrično) in za obe mišični skupini so preiskovanci izvedli 5 (ekscentričnih) oz. 8 (koncentričnih) ponovitev pri izbrani kotni hitrosti. Vsi preiskovanci so imeli enako število ponovitev testiranj. Med koncentričnimi in ekscentričnimi testi je bil 20-minutni odmor. Podroben protokol testiranja z izokinetičnim dinamometrom je predstavljen v Tabeli 1.
Koncentrične teste smo opravili pred ekscentričnimi, ker maksimalne ekscentrične kontrakcije lahko zmanjšajo koncentrični navor, medtem ko maksimalne koncentrične kontrakcije naj ne bi imele vpliva na maksimalno ekscentrično kontrakcijo (Colliander, Tesch, 1989).
11
Tabela 1: Protokol testiranja z izokinetičnim dinamometrom Humac Norm.
CON – koncentrično, ECC – ekscentrično
Vrstni red
Meritve Število ponovitev
(vrsta kontrakcije)
Kotna hitrost 1. Poskusni kontinuirani (submaksimalni) koncentrični gibi
ekstenzije in fleksije kolena.
8 ponovitev (CON/CON)
60°/s Odmor 1 min.
2. Maksimalni kontinuirani koncentrični gibi ekstenzije in fleksije kolena.
5 ponovitev (CON/CON)
60°/s Odmor 1 min.
3. Poskusni kontinuirani (submaksimalni) koncentrični gibi ekstenzije in fleksije kolena.
8 ponovitev (CON/CON)
180°/s Odmor 1 min.
4. Maksimalni kontinuirani koncentrični gibi ekstenzije in fleksije kolena.
8 ponovitev (CON/CON)
180°/s Odmor 1 min.
5. Poskusni kontinuirani (submaksimalni) koncentrični gibi ekstenzije in fleksije kolena.
8 ponovitev (CON/CON)
240°/s Odmor 1 min.
6. Maksimalni kontinuirani koncentrični gibi ekstenzije in fleksije kolena.
8 ponovitev (CON/CON)
240°/s
ODMOR (20 minut)
7. Seznanjanje s kontinuiranimi EKSCENTRIČNIMI meritvami fleksije in ekstenzije kolena.
(Submaksimalne ponovitve)
3-5 ponovitev (ECC/ECC)
60°/s, 180°/s,
240°/s Odmor 3 min.
8. Poskusni kontinuirani (submaksimalni) ekscentrični gibi fleksije in ekstenzije kolena.
3 ponovitve (ECC/ECC)
60°/s Odmor 1 min.
9. Maksimalni kontinuirani ekscentrični gibi fleksije in ekstenzije kolena.
5 ponovitev (ECC/ECC)
60°/s Odmor 1 min.
10. Poskusni kontinuirani (submaksimalni) ekscentrični gibi fleksije in ekstenzije.
3 ponovitve (ECC/ECC)
180°/s Odmor 1 min.
11. Maksimalni kontinuirani ekscentrični gibi fleksije in ekstenzije kolena.
5 ponovitev (ECC/ECC)
180°/s Odmor 1 min.
12. Poskusni kontinuirani (submaksimalni) ekscentrični gibi fleksije in ekstenzije.
3 ponovitve (ECC/ECC)
240°/s Odmor 1 min.
13. Maksimalni kontinuirani ekscentrični gibi fleksije in ekstenzije kolena.
5 ponovitev (ECC/ECC)
240°/s
12
3.3 Statistične metode
Izvedli smo statistično primerjavo povprečij največjih izokinetičnih navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena in njunih različnih razmerij. Za slednje smo uporabili konvencionalno koncentrično (Hcon:Qcon) in ekscentrično (Hecc:Qecc) razmerje ter za ekstenzijo kolena funkcionalno (Hecc:Qcon) razmerje ter jih primerjali pri različnih kotnih hitrostih in glede na spol. Podatki so predstavljeni s povprečjem in standardnim odklonom (SO) ter grafično prikazani kot povprečje s standardno napako povprečja (SEM). Normalnost porazdelitve vseh spremenljivk je bila preverjena s Shapiro-Wilkovim testom, ki je pokazal primernost uporabe parametričnih testov. Za analizo smo uporabili t-test za odvisne vzorce (H1), enosmerno analizo variance (ANOVA) (H2) in 2×3 (spol × kotna hitrost) faktorsko ANOVA za ponovljene meritve na faktorju »kotna hitrost« (H3–H5). Za urejanje podatkov smo uporabili program MS Excel 2016 in za statistično analizo program SPSS, verzija 27.0 (IBM Corp., N.Y., ZDA). Prag statistične pomembnosti smo za vse analize postavili pri p < 0,05.
4 REZULTATI
V raziskavi je sodelovalo 31 preiskovancev, 15 moških in 16 žensk, starih med 20 in 31 let.
Meritve in testiranja smo izvedli v septembru in oktobru leta 2020. Pri preiskovancih, vključenih v raziskavo, smo testirali samo dominantni spodnji ud, pri čemer smo pri 26 preiskovancih testirali desni in pri 5 preiskovancih levi spodnji ud. Osnovne značilnosti vključenih preiskovancev so prikazane v Tabeli 2.
Tabela 2: Osnovne značilnosti vključenih preiskovancev.
spol št. oseb starost (leta)
telesna masa (kg)
višina (cm) ITM (kg/m2)
moški 15 22,9 (2,9) 75,1 (7,6) 182,4 (4,0) 22,5 (2)
ženski 16 21,8 (3,1) 62,3 (7) 167,3 (4,5) 22,2 (2)
13
4.1 Primerjava največjih koncentričnih in ekscentričnih navorov mišic kolena
Največji ekscentrični navor fleksorjev kolena je bil pri vseh kotnih hitrostih statistično pomembno (p<0.0001) večji kot koncentrični navor (Slika 1, Tabela 3).
Tabela 3: Povprečja (SO) največjih koncentričnih in ekscentričnih navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena pri različnih kotnih hitrostih.
vrsta kontrakcije kotna hitrost (°/s)
60°/s 180°/s 240°/s
fleksorji kolena
koncentrična 104,8 (27,1) 76,5 (23,9) 65,7 (19,9) ekscentrična 125,1 (37,0)** 114,5 (34,2)** 105,2 (29,7)**
ekstenzorji kolena
koncentrična 191,5 (45,3) 129,7 (32,9) 109,6 (26,6) ekscentrična 214,5 (51,6)* 196,8 (42,0)** 192,7 (41,4)**
* – statistično pomembna razlika med koncentrično in ekscentrično kontrakcijo pri posamezni kotni hitrosti (p < 0,001), ** – statistično pomembna razlika med koncentrično in ekscentrično kontrakcijo pri posamezni kotni hitrosti (p < 0,0001);
Slika 1: Primerjave največjih koncentričnih in ekscentričnih navorov fleksorjev kolena pri treh različnih hitrostih gibanja sklepa.
14
Pri ekstenzorjih kolena (Slika 2) je bil največji navor prav tako statistično pomembno večji pri ekscentrični kontrakciji kot koncentrični kontrakciji (p<0.001 pri kotu 60°/s in p<0.0001 pri kotih 180°/s in 240°/s).
Slika 2: Primerjave največjih koncentričnih in ekscentričnih navorov ekstenzorjev kolena pri treh različnih hitrostih gibanja sklepa.
4.2 Primerjava največjih koncentričnih navorov mišic kolena pri različnih kotnih hitrostih gibanja
Največji koncentrični navori so se s povečevanjem hitrosti gibanja sklepa manjšali, saj je bil koncentrični navor fleksorjev kolena pri kotni hitrosti 180°/s statistično pomembno manjši (p<0,0001) kot pri kotni hitrosti 60°/s. Prav tako je bil statistično pomembno manjši koncentrični navor pri 240°/s v primerjavi s 180°/s (p<0,0001) (Slika 3, Tabela 4). Enak vzorec je bil izmerjen tudi za navore ekstenzorjev kolena (Slika 4, Tabela 4).
15
Slika 3: Primerjave največjih koncentričnih izokinetičnih navorov fleksorjev kolena pri treh različnih kotnih hitrostih gibanja kolena.
Slika 4: Primerjave največjih koncentričnih izokinetičnih navorov ekstenzorjev kolena pri treh različnih kotnih hitrostih gibanja kolena.
16
Tabela 4: Povprečja (SO) največjih koncentričnih navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena pri različnih kotnih hitrostih gibanja sklepa.
največji koncentrični navor (Nm)
kotna hitrost (°/s)
60°/s 180°/s 240°/s
fleksorji kolena 104,8 (27,1)** 76,5 (23,9)** 65,7 (19,9)**
ekstenzorji kolena 191,5 (45,3)** 129,7 (32,9)** 109,6 (26,6)**
** – statistično pomembne razlike med kotnimi hitrostmi (p < 0,0001)
4.3 Največji koncentrični in ekscentrični navori, normalizirani na telesno maso posameznika
Pri koncentrični kontrakciji fleksorjev kolena je bila razlika v največjem navoru med spoloma pri vseh kotnih hitrostih statistično pomembna – moški so imeli večji (p<0,01) navor kot ženske (Tabela 5, Slika 5). Interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost«
ni bila statistično pomembna (p=0,294).
Tabela 5: Povprečja (SO) koncentričnih navorov mišic kolena normaliziranih glede na telesno maso posameznika pri različnih kotnih hitrostih gibanja kolena.
koncentrični navori
(Nm/kgTM) spol kotna hitrost (°/s)
60°/s 180°/s 240°/s
fleksorji kolena M 1,7 (0,3)* 1,3 (0,2)** 1,1 (0,2)**
Ž 1,4 (0,2) 0,9 (0,2) 0,8 (0,2)
ekstezorji kolena M 3 (0,4)* 2,1 (0,3)** 1,8 (0,3)*
Ž 2,5 (0,4) 1,7 (0,2) 1,4 (0,2)
* – statistično pomembna razlika med spoloma (p < 0,01) ** – statistično pomembna razlika med spoloma (p < 0,0001); M – moški; Ž – ženske, TM – telesna masa
Pri koncentrični kontrakciji ekstenzorjev kolena (Slika 6) je bil rezultat primerljiv, saj je bila razlika med spoloma pri vseh kotnih hitrostih statistično pomembna; moški so imeli večji navor kot ženske (p<0,01). Interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost« je kazala tendenco statistične pomembnosti (p=0,054).
17
Slika 5: Primerjava največjih normaliziranih koncentričnih navorov fleksorjev kolena med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih.
Slika 6: Primerjava največjih normaliziranih koncentričnih navorov ekstenzorjev kolena med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih.
18
Pri ekscentrični kontrakciji fleksorjev kolena (Tabela 6, Slika 7) je bila razlika med spoloma pri vseh kotnih hitrostih statistično pomembna (moški so imeli večji navor kot ženske).
Interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost« ni bila statistično pomembna (p=0,434). Tudi pri ekscentrični kontrakciji ekstenzorjev kolena (Tabela 6, Slika 8) je bila razlika med spoloma pri kotnih hitrostih 60°/s in 240°/s statistično pomembna – moški so imeli večji navor kot ženske, medtem ko je se je pri kotni hitrosti 180°/s kazala tendenca (p=0,066) statistično pomembne razlike. Interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost« ni bila statistično pomembna (p=0,346).
Tabela 6: Povprečja (SO) ekscentričnih navorov mišic kolena normaliziranih glede na telesno maso posameznika pri različnih kotnih hitrostih gibanja kolena.
ekscentrični navor
(Nm/kgTM) spol kotna hitrost (°/s)
60°/s 180°/s 240°/s
fleksorji kolena M 2,1 (0,4)** 1,9 (0,3)** 1,7 (0,3)**
Ž 1,6 (0,2) 1,4 (0,2) 1,3 (0,2)
ekstenzorji kolena M 3,4 (0,6)* 3 (0,5) 3 (0,5)*
Ž 2,9 (0,5) 2,6 (0,4) 2,7 (0,4)
M – moški, Ž – ženske; TM – telesna masa; * – statistično pomembna razlika med spoloma (p < 0,05); ** – statistično pomembna razlika med spoloma (p < 0,001)
Slika 7: Primerjava največjih normaliziranih ekscentričnih navorov fleksorjev kolena med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih.
19
Slika 8: Primerjava največjih normaliziranih ekscentričnih navorov ekstenzorjev kolena med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih.
4.4 Razmerja največjih navorov mišic kolena
V tabeli 7 so prikazana povprečja konvencionalnih in funkcionalnih razmerij navorov H:Q glede na kotno hitrost in spol. Ženske so imele sicer manjša razmerja največjih koncentričnih navorov Hcon:Qcon kot moški (Tabela 7, Slika 9), vendar pa razlika ni bila statistično pomembna (p=0,137). Le pri kotni hitrosti 180°/s je bila opazna šibka tendenca (p=0,084) statistično pomembne razlike med spoloma. Interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost« ni bila statistično pomembna (p=0,101).
Pri razmerjih največjih ekscentričnih navorov Hecc:Qecc (Tabela 7, Slika 10) so imele ženske statistično pomembno manjša razmerja kot moški (p=0,020). Pri kotni hitrosti 60°/s je bila opazna močna tendenca (p=0,055) statistično pomembne razlike, pri obeh višjih kotnih hitrostih (180°/s in 240°/s) pa je le-ta postala statistično pomembna. Interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost« ni bila statistično pomembna (p=0,430).
Funkcionalno razmerje Hecc:Qcon, ki predstavlja ekstenzijo kolena, se je s hitrostjo gibanja povečevalo (Tabela 7, Slika 11), vendar pa razlika med spoloma ni bila statistično pomembna (p=0,197). Interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost« ni bila statistično pomembna (p=0,894).
20
Tabela 7: Povprečja (SO) konvencionalnih in funkcionalnih razmerij navorov H:Q glede na kotno hitrost in spol.
vrsta razmerja navorov H:Q spol kotna hitrost (°/s)
60°/s 180°/s 240°/s
konvencionalno koncentrično razmerje navorov H:Q
(Hcon:Qcon)
M 0,56 (0,08) 0,62 (0,08) 0,63 (0,10) Ž 0,54 (0,08) 0,56 (0,11) 0,57 (0,12) konvencionalno ekscentrično
razmerje navorov H:Q (Hecc:Qecc)
M 0,62 (0,08) 0,63 (0,09) 0,59 (0,09) Ž 0,55 (0,11) 0,53 (0,12)* 0,51 (0,11)*
funkcionalno razmerje navorov H:Q (Hecc:Qcon)
M 0,68 (0,09) 0,91 (0,13) 1,00 (0,14) Ž 0,63 (0,12) 0,86 (0,16) 0,93 (0,17) M – moški; Ž – ženske; H:Q – razmerje največjih navorov med fleksorji in ekstenzorji kolena; * – statistično pomembne razlike med spoloma (p < 0,05)
Slika 9: Primerjave koncentričnih razmerij navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (Hcon:Qcon) med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih.
21
Slika 10: Primerjave ekscentričnih razmerij navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (Hecc:Qecc) med spoloma pri treh različnih kotnih hitrostih.
Slika 11: Primerjave funkcionalnih razmerij navorov fleksorjev in ekstenzorjev kolena (Hecc:Qcon) med spolomapri treh različnih kotnih hitrostih.
22
5 RAZPRAVA
V raziskavi smo proučevali zlasti vpliv hitrosti mišične kontrakcije na največji navor fleksorjev in ekstenzorjev kolena ter njihova konvencionalna in funkcionalna razmerja navorov. Zanimale so nas tudi morebitne razlike med spoloma glede na tip mišične kontrakcije oz. kotno hitrost gibanja sklepa. Ugotavljamo, da smo z našimi meritvami pridobili pomembne podatke o mišični jakosti zdravih mladih odraslih in potrdili razlike med koncentričnim in ekscentričnim tipom mišične kontrakcije fleksorjev in ekstenzorjev kolena. Največji navori ekscentričnih kontrakcij so bili pri vseh kotnih hitrostih in pri obeh mišičnih skupinah statistično pomembno večji od koncentričnih, s čimer smo lahko potrdili tudi prvo delovno hipotezo (H1). Rezultati so v skladu z ugotovitvami primerljivih raziskav (Aagaard et al., 1998; Ghena et al., 1991; Colliander, Tesch, 1989). Koncentrični in ekscentrični tip mišične kontrakcije se med seboj razlikuje glede na mehanizme ustvarjanja sile na ravni kontraktilnih proteinov (Herzog, 2018) kot tudi glede na strategije živčnega nadzora kontrakcije (Duchateau, Enoka, 2016; Duchateau, Enoka, 2008). Pri ekscentričnem tipu mišične kontrakcije se tako proizvede večja sila kot pri koncentričnem (Herzog, 2018).
Naši rezultati kažejo, da največji koncentrični izokinetični navori mišic kolena padajo s povečevanjem hitrosti krčenja, kar je v skladu z izsledki Wu in sodelavcev (1997), ki so meritve sicer opravili samo pri kotnih hitrostih 60°/s in 120°/s, medtem ko smo v naši raziskavi poleg kotne hitrosti 60°/s, meritve opravili še pri kotnih hitrostih 180°/ in 240°/s.
S tem smo tako lahko potrdili tudi drugo delovno hipotezo (H2). Tudi Ghena in sodelavci (1991) v svoji raziskavi navajajo, da se največji koncentrični navori fleksorjev in ekstenzorjev kolena zmanjšujejo z višjimi kotnimi hitrostmi; testirali so jih pri 60°/s, 120°/s, 300°/s in 450°/s. Eden od verjetnih razlogov za nižje navore pri višjih kotnih hitrostih je, da je pri višjih hitrostih kontrakcije manj časa za rekrutiranje motoričnih enot za silovito krčenje mišice (Klopfer, Greij, 1988). Temeljno načelo kontraktilnosti skeletnih mišic, izpeljano na podlagi raziskav, ki jih je opravil že Hill (1938), pravi, da počasneje kot se skeletna mišica krči, večja je sila, ki jo lahko ustvari med krčenjem in obratno. Kong in Burns (2010) sta, poleg enakih ugotovitev glede padanja največjih navorov z višjimi kotnimi hitrostmi, ugotovila še statistično pomembno višje izokinetične navore fleksorjev kolena v dominantnem spodnjem udu v primerjavi z nedominantnim, ampak samo pri višji kotni hitrosti (300°/s). V našem primeru smo sicer testirali samo dominantni spodnji ud, zato
23
slednjega ne moremo potrditi ali ovreči; vsekakor bi bilo to smiselno proučiti v nadaljnjih raziskavah.
Izračunali smo tudi največje koncentrične in ekscentrične navore, normalizirane glede na telesno maso posameznika, in ugotovili, da je pri koncentrični in ekscentrični kontrakciji fleksorjev in ekstenzorjev kolena razlika med spoloma pri vseh kotnih hitrostih statistično pomembna, kar pomeni, da imajo moški večji navor na kilogram telesne mase kot ženske. S tem lahko potrdimo tudi tretjo delovno hipotezo (H3). To verjetno lahko pripišemo manjšemu deležu puste mase v skupni telesni masi pri ženskah (Schorr et al., 2018). V nedavni raziskavi (Risberg et al., 2018), kjer so na populaciji športnic (rokometašic in nogometašic) največje izokinetične navore prav tako normalizirali glede na njihovo telesno maso, so ugotovili, da imajo rokometašice večjo jakost ekstenzorjev kolena na kilogram telesne mase kot nogometašice. To kaže, da spol ni edini dejavnik, ki vpliva na razlike v normaliziranih navorih med posamezniki, ampak nanj verjetno vplivata tudi vrsta telesne dejavnosti in antropometrične značilnosti posameznika. Raziskav, ki bi poročale podatke normaliziranih vrednosti mišične zmogljivosti pri zdravih mladih odraslih, ki se ne ukvarjajo s specifičnim športom, nismo zasledili, saj velika večina raziskav vključuje vzorce različnih športnikov. V objavljenih raziskavah so uporabili različne načine normalizacije vrednosti, izmerjene pri različnih starostnih skupinah, zato primerjava podatkov ni mogoča oz. je zelo otežena. V naši raziskavi interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost« pri koncentrični in ekscentrični kontrakciji fleksorjev kolena ni bila statistično pomembna, kar pomeni, da je bila razlika med moškimi in ženskami pri vseh kotnih hitrostih primerljivo enako velika in tudi enakega predznaka; moški so pri vseh hitrostih krčenja razvili večji navor. Če bi bila interakcija statistično pomembna, bi to pomenilo, da je razlika v navorih med moškimi in ženskami odvisna od kotne hitrosti. Le v primeru koncentričnih kontrakcij ekstenzorjev kolena je interakcija med faktorjema »spol« in »kotna hitrost« kazala močno tendenco (p=0,054) statistične pomembnosti, kar nakazuje večji vpliv hitrosti krčenja na največji navor mišice quadriceps femoris pri ženskah.
Na podlagi pridobljenih podatkov in primerjav med spoloma ugotavljamo, da imajo pri koncentričnih razmerjih Hcon:Qcon ženske sicer manjše razmerje največjih navorov kot moški, vendar ta razlika ni statistično pomembna (p=0,137). Nasprotno pa imajo ženske statistično pomembno manjša (p=0,020) razmerja največjih ekscentričnih navorov Hecc:Qecc
kot moški. Interakcija med spolom in kotno hitrostjo je bila sicer tudi pri ekscentričnih
24
razmerjih Hecc:Qecc nepomembna. Funkcijsko razmerje Hecc:Qcon se je s hitrostjo sicer povečevalo, vendar pa razlika med spoloma ni bila statistično pomembna, prav tako ni bila pomembna interakcija spola in hitrosti. Četrto delovno hipotezo (H4) lahko tako potrdimo le za razmerja največjih ekscentričnih navorov Hecc:Qecc, saj imajo ženske pomembno manjša razmerja zlasti pri višjih kotnih hitrostih (180° in 240°/s). Peto delovno hipotezo (H5) v celoti ovržemo, saj za nobeno od izračunanih razmerij H:Q nismo zaznali statistično pomembne interakcije faktorjev »spol« in »kotna hitrost«. To je v nasprotju z ugotovitvami Rezaei in sodelavcev (2014), ki so pri preiskovancih podobne starosti ugotovili, da se s povečevanjem hitrosti krčenja razmerja H:Q pomembno bolj povečujejo pri ženskah kot pri moških. Razlika v rezultatih je lahko posledica različnega testnega položaja preiskovancev, kar lahko pomembno vpliva na zmogljivost dvosklepnih mišic kolena. V naši raziskavi smo namreč obe mišični skupini testirali v sedečem položaju, medtem ko so Rezaei in sodelavci (2014) preiskovance testirali v ležečem položaju in samo pri kotnih hitrostih 60°/s in 180°/s.
V ležečem položaju so zlasti fleksorji kolena v skrajšanem položaju (aktivna insuficienca), kar zmanjša kontraktilnost mišic in tudi spremeni kot sklepa, pri katerem se generira največji navor. Predvidevamo, da se v položaju aktivne insuficience razlike med šibkejšimi in močnejšimi posamezniki bolj izrazijo, kar posledično privede do statistično pomembnih razlik v izračunanih razmerjih H:Q. Naše ugotovitve glede razlik med spoloma v vplivu hitrosti krčenja mišic na njihovo zmogljivost ne podpirajo prevladujočega mnenja v literaturi. Hewett in sodelavci (2008) so v pregledu zajeli 22 raziskav, ki so proučevale razmerja H:Q s popravkom vpliva sile teže, in ugotovili, da pri nižjih kotnih hitrostih sicer ni pomembnih razlik med spoloma glede izokinetičnih razmerij H:Q, se pa le-te pri višjih hitrostih gibanja sklepa, ki so bolj podobna dejanskim športnim aktivnostim, pri ženskah ne povečujejo v tolikšni meri kot pri moških. Kong in Burns (2010) sta edina, ki v svoji raziskavi nista zaznala nobenih razlik med spoloma tudi pri višji kotni hitrosti (300°/s).
Vsekakor je pri primerjavah podatkov z ostalimi raziskavami potrebno vzeti v obzir, da so se meritve izvajale na različnih izokinetičnih napravah (Biodex, Cybex, Isoforce, Humac Norm), ki imajo različne biometrične lastnosti, in v različnih testnih položajih (sede ali leže).
Raziskave so bile izvedene tudi na različnih vzorcih preiskovancev (športniki/nešportniki, mladi/starejši), kar lahko vpliva na izokinetično jakost mišic (Risberg et al., 2018; Andrade et al., 2012; Danneskiold-Samsøe et al., 2009), zato je neposredna primerjava rezultatov otežena. Ugotavljamo, da so si raziskave v ugotovitvah o razlikah med spoloma nekoliko nasprotujoče, zato jih bo potrebno dodatno proučiti v prihodnjih raziskavah.
25
Aagaard in sodelavci (1998) navajajo, da se pri funkcionalnih razmerjih navorov (Hecc:Qcon)
le-ta približujejo vrednosti 1, kar nakazuje na veliko kapaciteto fleksorjev kolena za zagotavljanje dinamične stabilizacije kolena pri hitri ekstenziji kolena. Ugotavljamo, da so se vrednosti funkcionalnih razmerij navorov Hecc:Qcon, ki predstavljajo ekstenzijo kolena, tudi v našem primeru pri kotnih hitrostih 240°/s približevale vrednosti 1. S tem se potrjuje paradigma Andrade in sodelavcev (2012), da so razmerja H:Q zelo odvisna od kotne hitrosti gibanja sklepa, pri kateri opravimo meritve. Iz tega je moč sklepati, da osnovno načelo obratnega sorazmerja med hitrostjo krčenja in mišično silo (Hill, 1938) ne velja v enaki meri za vse mišične skupine. V primeru kolena se, kot kaže, s hitrostjo krčenja v večji meri zmanjšuje sila ekstenzorjev kot fleksorjev, kar je razvidno iz povečevanja razmerja H:Q.
Hewett in sodelavci (2008) navajajo, da je ohranitev dinamične stabilnosti sklepov odvisna tako od pasivnih kot od aktivnih struktur, saj je pasivna stabilizacija sklepov odvisna od ligamentov, medtem ko aktivna komponenta vključuje aktivacijo mišic agonistov in antagonistov. S povečevanjem kotne hitrosti gibanja kolena v odprti kinetični verigi se anteriorno gibanje tibije povečuje do točke, ko je potrebna povečana rekrutacija fleksorjev kolena, s čimer se omeji prekomerno rotacijo in anteriorno translacijo tibije. Izsledki raziskave (Myer et al., 2009) so pokazali, da imajo športnice, ki so utrpele poškodbo sprednje križne vezi (ACL), manjšo mišično jakost fleksorjev, a podobno jakost ekstenzorjev kolena kot zdravi moški športniki. Nasprotno pa so imele športnice, ki niso utrpele poškodbe ACL, manjšo mišično jakost ekstenzorjev in podobno jakost fleksorjev kolena kot zdravi športniki moškega spola. Myer in sodelavci (2008) sicer poudarjajo, da je pomemben dejavnik tveganja za poškodbo sprednje križne vezi tudi povečana laksnost kolenskega sklepa. Kaže torej, da je pri nadzoru silovite ekstenzije kolena funkcijsko pomembna zlasti ekscentrična zmogljivost fleksorjev, ki gibanje sklepa nadzorovano upočasni in varno zaustavi. Za nedvoumen dokaz o vplivu jakosti fleksorjev kolena pri različnih tipih kontrakcij in hitrostih krčenja ter njihovo povezavo s potencialnimi poškodbami kolena bi bilo potrebno izvesti prospektivno raziskavo s sledenjem pojavnosti poškodb kolena na zelo velikem vzorcu preiskovancev, kar pa je sicer metodološko zahtevno.
Cozette in sodelavci (2019) navajajo, da se z omejevanjem analize na vrednosti največjih navorov siromaši celoten potencial izokinetične dinamometrije, saj se v raziskavah redko uporablja analiza sil v celotnem obsegu giba oz. v specifičnih kotih sklepa, zato menimo, da bi bilo v nadaljnjih raziskavah smiselno proučiti kotno-specifična razmerja H:Q, ki
26
predstavljajo dejanska razmerja mišičnih sil v posameznih kotih sklepa in ne razmerja največjih navorov, ki se za fleksorje in ekstenzorje kolena pojavljajo v različnih kotih sklepa.
Kotno-specifična razmerja H:Q bi bilo smiselno neposredno primerjati s standardnimi izračuni razmerij. Ruas in sodelavci (2019) navajajo, da so potrebne nadaljnje longitudinalne raziskave, s katerimi bi lahko ugotovili, katera od alternativnih metod določanja razmerij H:Q je dovolj občutljiva za napovedovanje tveganj za poškodbe kolenskega sklepa in ovrednotenje funkcijskega okrevanja v procesu rehabilitacije. Menimo, da bi s tovrstno raziskavo v prihodnosti lahko pridobili natančnejše in za zdravje kolena relevantnejše podatke o zmogljivosti mišic, s katerimi bi lahko že dovolj zgodaj prepoznali mišična nesorazmerja in tveganja za poškodbo kolenskega sklepa.
Vsekakor je ena od omejitev naše raziskave veliko število zaporednih testiranj, saj je postopno utrujanje mišic lahko vplivalo na izide ekscentričnih meritev naših preiskovancev kljub vmesnim odmorom. V prihodnje je zato potrebno razmisliti o nekoliko drugačnem protokolu testiranja, ki bi razdelil testiranja na več ločenih dni in vključeval več odmorov oz. časa za počitek. V raziskavi smo sicer vse meritve opravili isti dan, s čimer smo omejili število obiskov preiskovancev v laboratoriju. To je izboljšalo pripravljenost preiskovancev za sodelovanje v raziskavi in hkrati zmanjšalo število stikov ter omogočilo dokončanje raziskave v razpoložljivem časovnem okviru. Eksperimentalni del raziskave je namreč potekal v septembru in oktobru 2020, torej tik pred ponovno razglasitvijo epidemije COVID- 19 v državi in napovedjo popolnega zaprtja fakultete. V primeru razdelitve testiranj na več dni bi morali eksperimente sredi poteka za nedoločen čas prekiniti in nadaljevati po sprostitvi ukrepov, kar bi nedvomno poslabšalo natančnost in ponovljivost meritev. Menimo torej, da smo z dano izvedbo optimizirali metodološko kakovost eksperimentov, saj smo meritve opravili individualno in pri vsakem preiskovancu pred začetkom testiranja s pomočjo vprašalnika preverili zdravstveno stanje. Kljub temu je potrebno poudariti tudi nekatere druge metodološke omejitve raziskave, ki so lahko imele določen vpliv na izide meritev.
Vedno enako zaporedje meritev glede na tip kontrakcije (koncentrične pred ekscentričnimi) in hitrost gibanja (od najnižje proti najvišji hitrosti) je lahko povzročilo sistematično večjo utrujenost mišic pri testiranju hitrih ekscentričnih kontrakcij. Relativno majhna velikost vzorca, ki je bila posledica kadrovskih in raziskovalnih kapacitet laboratorija v danem časovnem okviru, je lahko vplivala na moč statističnih testov za odkrivanje dejanskih razlik v populaciji. S funkcijskega stališča je omejitev tudi, da testiranja nismo opravili pri kotnih hitrostih ≥ 300°/s, ki so specifične za športe z veliko sprinti ali brcanji (npr. nogomet, tek
27
čez ovire itd.). Dejavnika, ki bi prav tako lahko imela vpliv na izide meritev, sta še motivacija in spočitost preiskovancev. Prihodnje raziskave morajo biti izvedene na večjem vzorcu preiskovancev in morajo vključevati tudi katero od novejših metod izračunavanja H:Q razmerij, kot so npr. kotno-specifična razmerja H:Q.
28
6 ZAKLJUČEK
Na vzorcu zdravih mladih odraslih smo izvedli izokinetično testiranje mišic kolena in primerjali največje koncentrične in ekscentrične navore mišic kolena ter izračunali njihova konvencionalna in funkcionalna razmerja pri različnih kotnih hitrostih. Ugotovili smo, da največji koncentrični navori mišic kolena padajo s hitrostjo krčenja mišic. Zaznali smo tudi razlike v zmogljivosti mišic kolena med spoloma, saj so imele ženske statistično pomembno manjša razmerja največjih ekscentričnih navorov (Hecc:Qecc) kot moški. Ženske so imele tudi statistično pomembno manjše največje navore, normalizirane na telesno maso. Večina ugotovitev naše raziskave je skladnih s podatki v literaturi, z izjemo vpliva hitrosti gibanja sklepa na razmerja navorov H:Q pri moških in ženskah, kjer se v naši raziskavi razlika med spoloma z višjimi kotnimi hitrostmi ni statistično pomembno povečevala.
Raziskava daje pomembne podatke o mišični zmogljivosti normalno telesno dejavnih zdravih mladih odraslih, saj je velika večina objavljenih raziskav izvedena na populaciji športnikov. V prihodnje so potrebne nadaljnje raziskave višje metodološke kakovosti, z večjim vzorcem preiskovancev in izboljšanim protokolom testiranja. V prihodnje bi bilo dobro proučiti tudi funkcijski pomen in klinično uporabnost kotno-specifičnih razmerij H:Q.
29
7 LITERATURA IN DOKUMENTACIJSKI VIRI
Aagaard P, Simonsen EB, Magnusson SP, Larsson B, Dyhre-Poulsen P (1998). A new concept for isokinetic hamstring: quadriceps muscle strength ratio. Am J Sports Med 26(2): 231-7. doi: 10.1177/03635465980260021201.
Aagaard P, Simonsen EB, Trolle M, Bangsbo J, Klausen K (1995). Isokinetic hamstring/quadriceps strength ratio: influence from joint angular velocity, gravity correction and contraction mode. Acta Physiol Scand 154(4): 421-7. doi: 10.1111/j.1748- 1716.1995.tb09927.x.
Abulhasan JF, Grey MJ (2017). Anatomy and physiology of knee stability. J Funct Morphol Kinesiol 2(4):34.
Andrade Mdos S, De Lira CA, Koffes Fde C, Mascarin NC, Benedito-Silva AA, Da Silva AC (2012). Isokinetic hamstrings-to-quadriceps peak torque ratio: the influence of sport modality, gender, and angular velocity. J Sports Sci 30(6): 547-53. doi :
10.1080/02640414.2011.644249.
Ayala F, De Ste Croix M, Sainz de Baranda P, Santonja F (2012). Absolute reliability of hamstring to quadriceps strength imbalance ratios calculated using peak torque, joint angle-specific torque and joint ROM-specific torque values. Int J Sports Med 33(11): 909- 16. doi: 10.1055/s-0032-1311586.
Carvalho A, Brown S, Abade E (2016). Evaluating injury risk in first and second league professional Portuguese soccer: muscular strength and asymmetry. J Hum Kinet 51:19–26.
doi: 10.1515/hukin-2015-0166.
Caruso JF, Brown LE, Tufano JJ (2012). The reproducibility of isokinetic dynamometry data. Isokinet Exerc Sci 20(4): 239–53. doi: 10.3233/IES-2012-0477.
Cheung RT, Smith AW, Wong del P (2012). H:q ratios and bilateral leg strength in college field and court sports players. J Hum Kinet 33:63–71. doi: 10.2478/v10078-012-0045-1.
Dostopno na: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3588678/ <23.3.2021>.
30
Colliander EB, Tesch PA (1989). Bilateral eccentric and concentric torque of quadriceps and hamstring muscles in females and males. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 59(3):
227-32. doi: 10.1007/BF02386192.
Coombs R, Garbutt G (2002). Developments in the use of the hamstring/quadriceps ratio for the assessment of muscle balance. J Sports Sci Med 1(3): 56-62.
Cozette M, Leprêtre PM, Doyle C, Weissland T (2019). Isokinetic strength ratios:
conventional methods, current limits and perspectives. Front Physiol 10:567. Doi:
10.3389/fphys.2019.00567. Dostopno na: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31164830/
<15.3.2021>.
Danneskiold-Samsøe B, Bartels EM, Bülow PM et al., (2009). Isokinetic and isometric muscle strength in a healthy population with special reference to age and gender. Acta Physiol (Oxf) 197 (Suppl 673): 1-68. doi: 10.1111/j.1748-1716.2009.02022.x.
Dervišević E, Hadžić V (2009). Izokinetično ocenjevanje kolena. Rehabilitacija 8(1): 48- 56.
de Araujo Ribeiro Alvares JB, Rodrigues R, de Azevedo Franke R, et al. (2015). Inter- machine reliability of the Biodex and Cybex isokinetic dynamometers for knee
flexor/extensor isometric, concentric and eccentric tests. Phys Ther Sport 16(1):59-65. doi:
10.1016/j.ptsp.2014.04.004.
Duarte JP, Valente-Dos-Santos J, Coelho-E-Silva MJ, et al. (2018). Reproducibility of isokinetic strength assessment of knee muscle actions in adult athletes: Torques and antagonist-agonist ratios derived at the same angle position. PLoS One 13(8):e0202261.
doi: 10.1371/journal.pone.0202261. Dostopno na:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6093703/ <16.3.2021>.
Duchateau J, Enoka RM (2016). Neural control of lengthening contractions. J Exp Biol 219(Pt 2):197-204. doi: 10.1242/jeb.123158.
