Elettrofisiologia nella gait analisys

In media si attivano una cinquantina di muscoli durante un ciclo del passo, con contrazioni che hanno luogo ciclicamente, e il tempo di attivazione totale di ogni muscolo corrisponde ad un intervallo pari al 10-40% del ciclo del passo totale. Questa conoscenza deriva ormai da studi elettromiografici consolidati e ripetuti negli anni che ci hanno consegnato solide informazioni in merito a:

• Timing di attivazione muscolare (quando l’attivazione del muscolo supera o meno una soglia di segnale prestabilita);

• Intensità di attivazione muscolare (rispetto al riferimento di attivazione standard per quel muscolo - Knutson LM, Soderberg GL., 1995).

Siccome la velocità media unificata per uomini e donne rilevata in 3 studi (Drillis R, 1961 - Finley F., Cody K., 1970 - Molen H.H., 1973 - media delle velocità rilevate nei singoli studi condotti in setting differenti tra loro) è risultata pari a 1.37 m/sec, tutti i dati che vengono usualmente riportati circa le attivazioni muscolari sono intesi con questo riferimento su superficie piana; ovviamente variazioni di parametri quali la pendenza o il variare della stessa velocità della demabulazione variano le attivazioni muscolari (Figura 1).

Figura 1: Punti di applicazione delle sonde elettromiografiche

Muscolatura dell’anca:

• muscolatura flessoria (ileo-psoas, retto del femore e sartorio): risultano tutti e tre attivi prima del distacco del 1° dito dal suolo (‘toe-off’) ed in seguito ad esso, per garantire la flessione dell’anca fino al 50% del ciclo del passo circa;

• muscolatura estensoria (grande gluteo e ischio-crurali): risultano entrambi attivi nel primo 10% del ciclo del passo al fine di estendere l’articolazione coxo-femorale e gestire il peso all’inizio della ‘fase d’appoggio’, con il grande gluteo che si pre-attiva rispetto al ‘heel-strike’ già in fase di ‘late-swing’ per dare avvio all’estensione dell’anca e permane attivo più a lungo rispetto agli estensori d’anca della coscia fino al 30% circa del ciclo del passo per perpetuare le funzioni sopra elencate ed evitare che all’impatto del tallone al suolo (che inevitabilmente rallenta la parte inferiore del corpo rispetto all’inerzia di movimento del tronco) abbia luog una flessione del tronco stesso di riflesso;

• muscolatura rotatoria (rotatori esterni ed interni): i primi sono attivi nel garantire nella fase d’appoggio iniziale un controllo pelvi su femore della rotazione interna a livello dell’articolazione dell’anca in carico mendiante un’azione rotatoria esterna in contrazione eccentrica. Il riferimento è ai cinque rotatori esterni corti e profondi localizzati regione glutea aventi disposizione orizzontale. I secondi risultano attivi durante tutta la fase d’appoggio per assistere nell’avanzamento dell’emibacino controlaterale rispetto all’AAII in appoggio mediante un movimento di rotazione interna dell’articolazione coxo-femorale in carico che si realizza con dinamica pelvi su femore;

• muscolatura abduttoria (medio gluteo, piccolo gluteo): risultano entrambi attivi nel primo 40% del ciclo del passo per garantire la stabilità del bacino sul piano orizzontale, prevenendo il ‘drop’ dell’emibacino controlaterale all’impatto col terreno a causa delle GRF e il fenomeno del ‘valgo dinamico’ a carico del ginocchio. Inoltre il medio gluteo si evidenzia essere in pre-attivazione già nella fase terminale del ‘late-swing’ come per preparare quanto sopra-descritto. Il ruolo di stabilizzazione del bacino sul piano orizzontale da parte degli abduttori d’anca è cruciale, nonché spesso poco compreso, nella sua peculiarità; gli abduttori d’anca infatti sono tenuti a compensare la forza peso (vettore ‘BW’ in Figura 2) avente un braccio del momento doppio rispetto al loro, ergo devono svolgere un lavoro doppio con rilevante sforzo metabolico muscolare e ruolo stabilizzatorio. Le GRF infatti de facto agiscono come un vettore ascendente a livello del cotile configurando una sorta di altalena che medialmente è portata al drop del bacino controlaterale rispetto all’AAII in appoggio, appunto ad opera della forza peso (vettore discendente BW), che necessita di bilanciamento ad opera degli abduttori stessi che devono esercitare una forza eguale e contraria al quella della forza peso. Essendo però il braccio del momento lungo la metà, tale forza dovrà essere doppia per poter controbilanciare la suddetta ed evitare con successo il ‘drop’ dell’emibacino controlaterale ed il fenomeno del ‘valgo dinamico’ del ginocchio in movimento;

Figura 2: Rappresentazione del vettore BW

• muscolatura adduttoria (adduttore grande ed adduttore lungo): risultano entrambi attivi nelle fasi del contatto del tallone al suolo e poi del distacco del 1° dito dallo stesso, probabilmente nel primo caso per stabilizzare il bacino oltre che per assistere nell’estensione dell’anca e nel secondo per co-attivarsi nell’avvio della flessione di quest’ultima. Si ricorda come gli adduttori abbiano azione flessoria ad anca estesa ed estensoria ad anca flessa, acquisendo un momento per esercitare tali funzioni se biomeccanicamente posti nelle suddette condizioni.

Muscolatura del ginocchio:

• muscolatura flessoria (ischio-crurali): risultano attivi da poco prima a poco dopo l’appoggio del tallone al suolo, al fine di decelerare l’estensione dell’articolazione mediante contrazione eccentrica in principio e poi per estendere il ginocchio una volta toccato il suolo;

• muscolatura estensoria (quadricipite): risultano attivi in maniera differenziata i vasti e il retto femorale; i primi all’appoggio del tallone al suolo per controllare in eccentrica la flessione del ginocchio che potrebbe altrimenti verificarsi, mentre il retto del femore è attivo soprattutto in fase di distacco del piede/1° dito dal terreno per flettere l’anca.

Muscolatura del complesso caviglia-piede (focus sui 2 muscoli sotto-analizzati):

• muscolo tibiale anteriore: risulta attivo soprattutto all’appoggio del calcagno al suolo, per la sua azione decelerante la plantiflessione in eccentrica nonché a seguire per il controllo eccentrico dell’eccessiva pronazione del piede, e in fase di oscillazione, dove garantisce la dorsiflessione del piede necessaria per camminare;

• muscolo tibiale posteriore: risulta attivo per i primi 2/3 del ciclo del passo, in principio decelerando in eccentrica la pronazione e poi generando supinazione concentricamente.

Muscolatura del tronco (focus sui 2 muscoli sotto-analizzati):

• muscolo retto dell’addome: è elettromiograficamente attivo in una sorta di ‘coppia’ con i muscoli flessori di anca, al fine di stabilizzare il bacino per garantire una più efficace azione dei flessori dell’anca;

• muscoli erettori spinali: questi muscoli risultano attivi ad ogni contatto al suolo dei talloni, decelerando in eccentrica la flessione del tronco.

In Figura 3 la graficazione di quanto appena enunciato:

Figura 3: Timing di attivazione muscolare

Bibliografia

• Baker, R. (2007, September). The history of gait analysis before the advent of modern computers. Gait and Posture

• Baker R., McGinley J.L., Schwartz M.H., Beynon S., Rozumalski A., Graham H.K., Tirosh O., (2009) “The Gait Profile Score and Movement Analysis Profile”, Gait Posture, Vol. 30, No. 3, pp. 265-269

• Baker, R., Esquenazi, A., Benedetti, M. G., & Desloovere, K. (2016). Gait analysis: Clinical facts. European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine, 52(4), 560–574

• Bellmann, Malte; Schmalz, Thomas; Ludwigs, Eva; Blumentritt, Siegmar (2012): Immediate effects of a new microprocessor-controlled prosthetic knee joint: a comparative biomechanical evaluation. In: Arch Phys Med Rehabil 93 (3), S. 541–549

• Bruijn, S. M., Meijer, O. G., van Dieën, J. H., Kingma, I., & Lamoth, C. J. C. (2008). Coordination of leg swing, thorax rotations, and pelvis rotations during gait: The organisation of total body angular momentum. Gait and Posture, 27(3), 455–462

• Cram J.R., Kasman G.S. Holtz J., (1998) “Introduction to surface electromyography”, Aspen Publishers.

• Davis R.B., Ounpuu S., Tyburski D., Gage J.R., (1991) “A gait analysis data collection and reduction technique”. Human Movement Science, Vol. 10, pp. 575-587

• De Witt J.K., 2010. “Determination of toe-off event time during treadmill locomotion using kinematic data”. Journal of Biomechanics, Vol. 43, No. 15, pp. 3067-3069

• Donelan JM, Kram R, Kuo AD. (2001). Mechanical and metabolic determinants of the preferred step width in human walking. Proc Biol Sci.; 268(1480):1985–92