Contribuciones de los músculos gastrocnemio y sóleo al torque de flexión plantar del tobillo en función del ángulo del tobillo y la rodilla

by | 25 de Ene, 2023 | 0 comments

ResumenComprender la contribución relativa y absoluta que cada músculo puede hacer al par de flexión plantar (PFT) en función de los ángulos articulares es fundamental para comprender el papel que desempeñan estos músculos en diversas tareas, para caracterizar la tensión inducida en el tendón de Aquiles bajo diferentes configuraciones articulares y niveles de activación muscular, y para crear modelos musculoesqueléticos precisos y simulaciones de movimiento. El propósito de este estudio fue cuantificar las contribuciones absolutas y relativas que los músculos gastrocnemio y sóleo hacen a la PFT en función de los ángulos del tobillo y la rodilla en atletas de nivel de resistencia. En comparación con estudios previos, se consideró un ángulo de flexión de la rodilla más pronunciado para garantizar una configuración articular con una contribución mínima de PFT del gastrocnemio. Se probaron una variedad de combinaciones de tobillo y rodilla para estimar las contribuciones del gastrocnemio y el sóleo para un rango completo de movimiento de la articulación del tobillo y la rodilla. La PFT total media máxima para varias combinaciones de rodilla y tobillo fue de 1.5.6.+ 2.,9 Nm y se produjo para ángulos de tobillo y rodilla de 8.. y 90˚ respectivamente. El gastrocnemio contribuyó a la PFT del tobillo para todas las combinaciones de ángulos articulares, excepto el tobillo más flexionado plantar y la rodilla flexionada. Las contribuciones de la PFT del gastrocnemio fueron del 4.% o más en una posición de rodilla completamente extendida en comparación con una posición de rodilla flexionada, para todas las combinaciones de tobillo.

Palabras claveMecánica; Paso

IntroducciónLos músculos gastrocnemio y sóleo actúan de manera sinérgica para producir el par de flexión plantar del tobillo, desempeñan un papel importante en muchas formas de locomoción y son fundamentales para varias afecciones clínicamente relevantes. Comprender la contribución relativa y absoluta que cada músculo puede hacer al par de flexión plantar (PFT) en función de los ángulos articulares es fundamental para comprender el papel que desempeñan estos músculos en diversas tareas, para caracterizar la tensión inducida en el tendón de Aquiles bajo diferentes configuraciones articulares y niveles de activación muscular, y para crear modelos musculoesqueléticos precisos y simulaciones de movimiento.

La naturaleza biarticular y uniarticular del gastrocnemio y el sóleo, respectivamente, brindan la oportunidad de caracterizar las contribuciones de los músculos individuales a la PFT del tobillo al evaluar a los individuos, ya que producen sistemáticamente esfuerzos máximos de flexión plantar del tobillo para varias combinaciones de ángulos de la articulación del tobillo y la rodilla. La longitud del músculo gastrocnemio y la capacidad de producir fuerza se ven afectadas por los cambios en el ángulo de la rodilla, mientras que la longitud del sóleo y la capacidad de fuerza no lo son. Por lo tanto, es posible cuantificar las contribuciones de la PFT del gastrocnemio y el sóleo probando la PFT máxima para combinaciones específicas de ángulos de tobillo y rodilla. En general, se acepta que hay poca PFT de tobillo generada por el gastrocnemio en ángulos de flexión de rodilla pronunciados debido a la disminución de la longitud del gastrocnemio y la insuficiencia activa. [1.4., pero no está claro el ángulo exacto de flexión de la rodilla más allá del cual el gastrocnemio contribuye poco a la PFT. Algunos investigadores han asumido que la contribución del PFT del gastrocnemio es insignificante para ángulos de flexión de rodilla superiores a 90º (ángulo incluido)[5.6. mientras que otros investigadores han demostrado que el músculo gastrocnemio contribuye al PFT hasta 6.º de flexión de la rodilla [2..

Se han realizado pocos estudios en humanos para estimar las contribuciones del gastrocnemio y el sóleo a la PFT. Creswell, et al. (1.95. informaron que la contribución del gastrocnemio a la PFT es de al menos el 4.% del torque total en una posición de rodilla completamente extendida.
[2.. Maganaris (2.03. informó que para una rodilla completamente extendida, la contribución del gastrocnemio a la PFT aumenta con la dorsiflexión del tobillo desde aproximadamente 3. Nm a 1.0º incluido el ángulo del tobillo hasta 8. Nm a un ángulo de 8.º. [5.. Ardnt, et al. (1.98) concluyeron que el sóleo aportó 6.,3.Nm a la PFT en una combinación tobillo-rodilla de 90º/90º, mientras que el gastrocnemio no aportó nada. [8.. Al aumentar el ángulo de la rodilla a 1.0º, la contribución del PFT del gastrocnemio aumentó a 5..4.Nm. Hay información claramente limitada con respecto a las contribuciones absolutas y relativas del gastrocnemio y el sóleo a la PFT en función de las combinaciones de ángulo tobillo-rodilla.

Los objetivos del presente estudio fueron cuantificar las contribuciones absolutas y relativas que los músculos gastrocnemio y sóleo hacen a la PFT en función de los ángulos del tobillo y la rodilla en atletas de resistencia de nivel universitario. En comparación con estudios previos, se consideró un ángulo de flexión de la rodilla más pronunciado para garantizar una configuración articular con una contribución mínima de PFT del gastrocnemio. Se probó una variedad de combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla para estimar las contribuciones del gastrocnemio y el sóleo para un rango completo de movimiento de la articulación del tobillo y la rodilla.

MétodosAsignaturas Diez atletas de resistencia de nivel universitario (5.hombres y 5.mujeres) participaron en este estudio (edad, altura y masa promedio ± una desviación estándar fueron 2. ± 1.años, 1.2.± 8.cm y 6..± 6.kg, respectivamente). Todos los sujetos estaban sanos, sin trastornos neuromusculares conocidos ni lesiones actuales en las extremidades inferiores. Los sujetos se ofrecieron como voluntarios y dieron su consentimiento informado antes de la prueba. El estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de Davis de la Universidad de California.

Protocolo Experimental y Mediciones de Torque Los sujetos realizaron esfuerzos isométricos máximos de flexión plantar del tobillo (IMAPFES) mientras estaban colocados en un banco inclinado modificado (Figura 1.. El banco estaba equipado con un sistema de transducción de torque en el tobillo que permitía probar varias combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla. El ángulo del tobillo se definió como el ángulo incluido entre la pierna y la planta del pie, mientras que el ángulo de la rodilla se definió como el ángulo incluido entre la pierna y el muslo (1.0º se refiere a la extensión completa). El maléolo lateral se alineó con el eje de rotación del sistema de transducción de torque del tobillo. La bola del pie se aseguró al reposapiés con correas de velcro. Se utilizaron restricciones en las rodillas y/o los hombros para evitar el desplazamiento anterior del cuerpo durante las IMAPFEs.

Los sujetos asistieron a dos sesiones de prueba con al menos un día de descanso entre sesiones para reducir la posibilidad de fatiga. Los sujetos comenzaron cada sesión de evaluación con una caminata de calentamiento de seis minutos a paso ligero. Los sujetos se familiarizaron con cada posición del ángulo tobillo-rodilla realizando esfuerzos submáximos de flexión plantar antes de realizar tres IMAPFEs de 5.segundos en rampa. Se probaron un total de 1. combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla (Tabla 1. en un orden aleatorio (la mitad en cada día de prueba). A los sujetos se les dio 1.2.minutos de descanso entre esfuerzos para una configuración de tobillo-rodilla dada y un mínimo de 4.minutos para descansar antes de realizar la prueba en una configuración de tobillo-rodilla diferente.

Se midieron las fuerzas pasivas y máximas totales aplicadas al reposapiés para cada combinación de ángulo de tobillo-rodilla y se usaron para estimar la PFT pasiva, máxima total y máxima activa. La distancia perpendicular entre el eje de rotación del sistema de transducción de torque del tobillo y donde el pie hizo contacto con la plataforma se multiplicó por la fuerza de la plataforma para calcular la PFT máxima pasiva y total del tobillo. La PFT pasiva se estimó a partir de la fuerza registrada antes del inicio de un IMAPFE (es decir, con el pie apoyado en la plataforma). La PFT total máxima se estimó a partir de la fuerza máxima medida durante un IMAPFE. La PFT activa se calculó como la PFT total máxima menos la PTF pasiva para cada prueba. La PFT media pasiva, máxima total y máxima activa se determinó a partir de tres repeticiones.

Determinación de los Aportes de Gastrocnemio y Sóleo Se cuantificaron las contribuciones de la PFT pasiva, total y activa del gastrocnemio y el sóleo para las combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla probadas (Tabla 1., así como para ángulos de tobillo fijos de 1.5. y 90º combinados con ángulos de rodilla de 6.º, 90º, 1.0º, 1.0º y 1.0º , que no fueron probados. Se hicieron dos suposiciones para calcular las contribuciones del gastrocnemio y el sóleo para combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla que no se probaron: 1. el gastrocnemio no contribuye a PFT para un ángulo de tobillo con flexión plantar completa (1.0º) combinado con un ángulo de rodilla con flexión completa (3.º); y 2. la proporción de los brazos de momento del gastrocnemio en la rodilla y el tobillo es de 1.2.para todas las combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla consideradas. La validez de la primera suposición se demostró en experimentos piloto en los que encontramos disminuciones insignificantes en la PFT cuando la rodilla se flexionaba de 4.º a 3.º con el ángulo del tobillo fijo en 1.0º. La segunda suposición se basó en informes previos de la literatura sobre brazos de momento en un cadáver humano fresco y «robusto». [8]y brazos de momento aproximados extraídos de otros estudios [9,1.].

Utilizando la primera suposición, se estimaron las contribuciones del gastrocnemio y el sóleo a la PFT para todos los ángulos de rodilla asociados con un ángulo fijo de flexión plantar del tobillo de 1.0º. Si el gastrocnemio no contribuye a la PFT en una combinación de ángulo tobillo-rodilla de 1.0º/3.º, entonces la PFT medida para esta configuración articular se debe por completo a la contribución del sóleo. Con la extensión de la rodilla, los aumentos de la PFT se deberían a las contribuciones del gastrocnemio, ya que el sóleo no cruza la articulación de la rodilla. Por lo tanto, las contribuciones de PFT de gastrocnemio y sóleo se pueden distinguir para todos los ángulos de rodilla probados en combinación con un ángulo de tobillo fijo de 1.0º.

Utilizando la segunda suposición y probando combinaciones específicas de ángulo tobillo-rodilla, pudimos minimizar la cantidad de pruebas requeridas y, por lo tanto, la fatiga muscular, al mismo tiempo que pudimos caracterizar las contribuciones de PFT del gastrocnemio y el sóleo en una gama más amplia de combinaciones de ángulo tobillo-rodilla que la que se probó. Como primera aproximación, si la trayectoria de los tendones se caracteriza por seguir un arco, entonces es posible estimar los cambios de longitud del músculo-tendón a partir de los cambios del ángulo articular utilizando la relación matemática S = rx Ө (donde S es igual a la longitud del músculo-tendón). cambio de longitud, r es igual al brazo de momento y Ө es igual al cambio en el ángulo de la articulación). Del mismo modo, para los músculos biarticulares con proporciones conocidas de longitud del brazo de momento en las dos articulaciones, es posible identificar cambios de ángulo para las dos articulaciones que producen los mismos cambios de longitud del músculo-tendón. Teóricamente, para un gastrocnemio con una proporción de brazo de momento entre la rodilla y el tobillo de 1.2. un aumento de 1.º en el ángulo de flexión plantar del tobillo produce el mismo cambio de longitud del gastrocnemio y el mismo cambio en la capacidad de producción de fuerza que una disminución de 3.º en el ángulo de flexión de la rodilla. Los ángulos de tobillo y rodilla utilizados en este estudio se eligieron en incrementos de 1.º y 3.º, respectivamente, para producir combinaciones de ángulos de tobillo y rodilla que proporcionaron cambios similares en la capacidad de producción de fuerza y ​​longitud del gastrocnemio. Por ejemplo, el cambio en la capacidad de PFT del gastrocnemio a medida que el ángulo de la rodilla aumenta de 3. a 6.º con el tobillo fijo en 1.0º sería el mismo cambio que ocurriría si el ángulo del tobillo cambiara de 1.0º a 1.5. con el ángulo de la rodilla fijo en 3.º.

ResultadosTorque de flexión plantar La magnitud de la PFT máxima varió considerablemente entre los sujetos y se logró en diferentes ángulos de rodilla (Tabla 2.. Los valores oscilaron entre 8..2.Nm y 1.8.6.Nm y se consiguieron con un ángulo de tobillo de 8.. y un ángulo de rodilla que varió entre 90º y 1.0º.

PFT aumentó con la dorsiflexión. Con la rodilla totalmente flexionada (ángulo de 3.º) y el tobillo en flexión plantar completa (1.0º), la PFT pasiva fue cero y los sujetos generaron su menor PFT promedio total, 8.8.Nm (±2.5. o 8.1.% (±2.9) del total promedio máximo PFP (tabla 3.. La dorsiflexión completa del tobillo (8..) mostró una contribución de PTF pasivo promedio de 2.4.Nm (±2. o ~2.2. del PFT total promedio máximo. Con el ángulo de la rodilla fijado en 3.º, tanto la PFT media total como la activa aumentaron con la dorsiflexión del tobillo a 6.,9 Nm (±3.,4. y 6..5.Nm (±3..8), respectivamente, con un ángulo de tobillo de 8…

La PFT pasiva aumentó con la extensión de la rodilla desde la posición de rodilla completamente flexionada, mientras que la PFT total y activa tendió…

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