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IL CARICO PROTETTO KTJ

A cura del Prof. Giancarlo Pellis

Oggigiorno esistono numerose proposte indirizzate alle ripresa dell’attività deambulatoria per soggetti affetti da patologia cartilaginea del ginocchio. Pur con la consapevolezza che le lesioni del tessuto cartilagineo tendono a non guarire e a degenerare in artrosi, la letteratura riporta numerosi approcci riabilitativi: indirizzati allo sviluppo della forza eccentrica, ad un adeguato trofismo muscolare, alla mobilizzazione precoce, ecc.

Da una attenta analisi dei protocolli esistenti ed in particolare di un approfondimento sulle caratteristiche meccaniche del tessuto cartilagineo con specifico riferimento ai concetti di “anisotropia” ed “adattabilità” è stato elaborato il sistema a Carico Protetto basato sull’utilizzo nell’attività motoria riabilitativa di un tutore KTJ a garanzia del rispetto della perpendicolarità del carico e dei rapporti articolari in sinergia con l’attività deambulatoria programmata in funzione dello sfruttamento di quelle leggi fisiologiche che regolano il processo di adattamento (o riadattamento) organico.
La metodologia proposta è stata applicata per più di 10 anni al Centro Regionale dello Sport di Trieste su atleti e non, in particolare su soggetti compresi in una fascia età dai 40 ai 60 anni che presentavano problemi conseguenti ad artrosi al ginocchio.
I risultati sono stati particolarmente positivi ed hanno indotto a perfezionare un protocollo di lavoro in modo tale da create le migliori condizioni per risvegliare quella catena di risposte fisiologiche che tendono a determinare un ri-potenziamento del tessuto cartilagineo articolare.

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Parte 1
La bio-meccanica della cartilagine
La cartilagine articolare è un tessuto composto da fibre collagene immerse in una matrice di proteoglicani; non e innervata e non possiede vasi sanguigni. Gli unici elementi cellulari sono i condrociti, specializzati a vivere in un ambiente continuamente sollecitato.
I condrociti sono longevi e, in condizioni normali, terminano di moltiplicarsi alla fine della crescita, mantenendo il loro numero inalterato per il resto della vita.
La cartilagine articolare ha scarse capacità intrinseche di riparazione e ogni difetto di tale tessuto tende a non guarire degenerando con il tempo in artrosi. L’esercizio può ritardare questo processo in quanto i condrociti sono in grado di rispondere positivamente agli stimoli meccanici anche se la risposta delle cellule cartilaginee sarà differente in base all’intensità degli stimoli meccanici somministrati e dalla sua costituzione.
La cartilagine articolare è composta principalmente da acqua (68-85%), collagene (10-20%) e proteoglicani (5-10%) che agiscono insieme; in particolare il comportamento meccanico dipende dalla quantità di collagene e dalla disposizione nello spessore della cartilagine stessa.
Microscopicamente la cartilagine può essere suddivisa in 4 zone in base all’organizzazione del collagene e dalla densità di proteoglicani: la prima zona (superficiale che equivale al 10-20% dello spessore) ha il più alto contenuto di collagene (85%) e le fibrille sono orientate parallelamente alla superficie; il sistema fibrillare assume nel complesso la morfologia ad archi multipli e le fibre di collagene si intersecano fittamente tra loro per costituire una rete tridimensionale negli interstizi della quale viene “trattenuta” la componente liquida.
Quando, a causa di forze di compressione, l’acqua contenuta nel sistema fibrillare viene spremuta fuori generando forze di trascinamento tra la componente liquida e la matrice solida che crescono al crescere della compressione e rendono più difficile il trasudamento. La cartilagine, quindi, si irrigidisce all’aumentare del carico.
Il grado di compattazione dei proteoglicani influisce sul moto dei fluidi durante la compressione e quindi sulla permeabilità quale resistenza del flusso attraverso la matrice cartilaginea. In particolare, quando la cartilagine è sottoposta a compressione si viene a determinare un attrito viscoso dovuto alle resistenze che il fluido interstiziale incontra nel suo movimento. Sotto carchi crescenti, il flusso di fluido diminuisce e con essa la permeabilità che accompagna la compressione che è lo stress meccanico che agisce sulle cartilagini articolari del ginocchio durante la deambulazione che è la principale azione motoria per lo spostamento.

Le compressioni alternate
MK Barker e BB Seedhom (2000), hanno analizzato in laboratorio il comportamento della cartilagine sottoponendo campioni della stessa a compressioni alternate al pari di quanto avviene durante la deambulazione.
Dai loro risultati appare che inizialmente, quando la superficie della cartilagine è sollecitata con carichi alternati, l'acqua essudata durante la fase di carico non viene totalmente riassorbita durante la fase di recupero, ovvero la cartilagine non compensa completamente la deformazione ricevuta.
Con il proseguire del numero delle fasi carico/recupero, invece, si ha una riduzione di perdita della quantità di liquido: la cartilagine durante la compressione rilascia una quantità di acqua pari a quanto ne riassorbe nella fase di scarico.
Si ha quindi una deformazione istantanea della matrice solida durante il caricamento seguita da un recupero istantaneo ed uguale di forma durante la fase di scarico. Durante tale comportamento, definito “elastico”, si evidenzia una minima deformazione determinata dalla essudazione e conseguente assorbimento di piccoli ed uguali volumi di liquidi che dipendono dall’attrito viscoso (fig.1).


Fig.1

La” visco-elasticità”, quindi, determina un effetto di “ammortizzatore” realizzato in funzione dell’alternanza dei carichi verticali che agiscono durante la deambulazione.

L’anisotropia
La cartilagine è un tessuto con proprietà anisotrope che resiste prevalentemente alla compressione esercitata da forze verticali come studiato da Jurvelin JS, Buschmann MD, Hunziker EB nel lavoro “Anisotropia meccanica della cartilagine articolare del ginocchio umano in compressione” 2003).
Ricordando che l’anisotropia è la proprietà meccanica per la quale un materiale ha caratteristiche che dipendono dalla direzione lungo la quale le forze agiscono, con specifico riferimento al ginocchio, gli Autori affermano che “l’anisotropia durante la compressione (esercitata in direzione ortogonale al punto di contatto articolare) può essere essenziale per la funzione della cartilagine … Questa proprietà deve essere considerato nello sviluppo di avanzati modelli teorici per la biomeccanica della cartilagine”.
Pare pertinente anche riportare che MK Barker e BB Seedhom (2000), in merito all’ambiente nel quale le cartilagini lavorano, affermavano che: “il liquido sinoviale, soprattutto in condizioni di carico statico, consente prestazioni nettamente migliori”. Peraltro, le prestazioni delle cartilagini articolari dipendono anche dal tipo di liquido sinoviale presente nella articolazione che, costituito da plasma sanguigno, ialuronati e glicoproteine, agisce come lubrificante e fornisce nutrimento alle cartilagini.

L’adattamento ai carichi verticali
Il concetto più rilevante per lo sviluppo di un razionale protocollo riabilitativo, si basa su quanto riscontrato sperimentalmente da MK Barker e BB Seedhom (2000) che affermavano: “tutti i componenti costituenti la matrice della cartilagine si adattano in funzione delle compressioni deformanti ” in particolare a quelle forze che vengono esercitate perpendicolarmente al piano superficiale come accade nella deambulazione.

È sul concetto di adattabilità che la cartilagine nel protocollo riabilitativo viene associata ad una qualsiasi funzione biologica: se il tessuto cartilagineo, infatti, non può rigenerarsi, sarà quello vecchio rimasto integro che, se stimolato correttamente (rispettando il concetto di anisotropia) e secondo i principi che regolano l’adattamento organico, potrà riadattarsi alla nuova situazione aumentando la sua efficienza e funzionalità.

Parte 2
Applicazione delle leggi dell’adattamento organico quale base teorica del protocollo riabilitativo

L’adattamento organico sfrutta quella catena di risposte fisiologiche, definita da Selye come Sindrome Generale di Adattamento, conseguente ad una situazione di “stress” quali traumi, malattie, forti emozioni, lavoro motorio, ecc..
La catena di reazioni si articola in risposte:
Aspecifiche di breve durata e di debole intensità seguite da fenomeni molto pronunciati con la particolarità di essere sempre uguali, indipendentemente dall’agente stressorio che colpisce l’organismo: trauma, malattia, emozione, lavoro motorio, ecc.;
Specifiche che tendono a potenziare una o più funzioni biologiche con effetto di sommazione in seguito alla ripetitività costante dello stress o inteso come ripetizione del lavoro motorio specifico.
I fenomeni di risposta “molto pronunciata” e “l’effetto di sommazione”, sono la base dell’adattamento di una funzione organica ovvero la modifica di una specifica struttura orientata a sopportare situazioni sempre più gravose.
Affinché ciò possa avvenire lo stimolo meccanico/motorio deve venir programmato in maniera consequenziale e crescente: infatti se la prima esposizione non è stata troppo severa e la durata della fase di riposo è stato sufficiente, la successiva esposizione trova l'organismo già predisposto e con un grado di adattamento superiore in partenza, in quanto l'organismo ripaga sempre il lavoro svolto con un livello maggiore di quanto speso (risposta molto pronunciata); questo aumento di disponibilità energetica viene definita “supercompensazione”.


Fig.2
Ciò porta ad un successivo innalzamento della resistenza allo stimolo specifico rispetto a quella iniziale, purché il tempo intercorso tra le due esposizioni non sia eccessivo e l'organismo ne conservi il ricordo.
In questo caso, una nuova esposizione ben dosata anche se più intensa della precedente, farà aumentare ancora la capacità di adattamento e di resistenza; si costituirà così per ripiani, un aumento della capacità predisponendo il sistema ad impegni sempre più intensi (fig.2).


Fig.3
Una corretta organizzazione del lavoro di riabilitazione, quindi, deve prevedere una razionale e progressiva distribuzione dei carichi di lavoro tra le varie sedute che devono essere incrementati gradualmente e progressivamente, ma alternati da precise fasi di sfogo (durante le quali il carico deve diminuire) e di riposo.
È in tali periodi che avviene l'ADATTAMENTO organico ovvero l'insediamento di quei meccanismi che ripagano il lavoro effettuato, accrescendo e cementando così le riserve funzionali e predisponendo il sistema biologico ad un impegno più gravoso (fig.3).

Nello specifico, la programmazione dell’attività motoria orientata alla ripresa funzionale della cartilagine del ginocchio deve prevedere una precisa consequenzialità di stimoli “pressori” (alternanza compressione/recupero) generati dall’azione deambulatoria durante la quale viene riattivato il processo visco-elastico di “ammortizzatore” della cartilagine e programmabili in base a “velocità di deambulazione, distanza da percorrere, tempi di recupero”.

Parte 3
La proposta KTJ - il sistema a Carico protetto

Il sistema a carico protetto è stato strutturato quale protocollo riabilitativo a seguito di traumi cartilagineo/articolari del ginocchio con il fine di offrire una:
- difesa meccanica con l’utilizzo del tutore KTJ a garanzia del massimo rispetto dei rapporti articolari, della verticalità del carico e della riduzione di carico durante la deambulazione (con conseguente riduzione o scomparsa del dolore);
- difesa da stress da sovraccarico proponendo una corrispondente programmazione della quantità di carico (inteso come velocità di deambulazione, distanza da percorrere e tempi di recupero) organizzata nel rispetto delle leggi che regolano l’adattamento organico all’attività motoria.

Il sistema a carico protetto si compone di:
- Tutore KTJ
- Tappeto srotolatore
- Software TOP7.KTJ

Tutore KTJ
indispensabile per offrire la protezione meccanica garantendo:
- il mantenimento dei corretti rapporti articolari (come già messo ampiamente in luce nell’articolo “Vantaggi meccanici del tutore KTJ” ) affinché tutti gli elementi articolari siano correttamente “vincolati” su un moto roto-traslatorio evitando così movimenti dannosi;
- la verticalità del carico quale elemento fondamentale per il pieno rispetto dell’anisotropia della cartilagine, ovvero di quella caratteristica meccanica “essenziale per la funzionalità della cartilagine”.


Fig.4, Fig.5
Il tutore KTJ, infatti, rispecchia completamente quanto indicato da Insall (considerato il pioniere delle protesi al ginocchio) il quale affermava che un dispositivo ortopedico orientato al supporto del ginocchio deve essere progettato in modo da corrispondere ad “una specifica condizione biomeccanica in conseguenza della quale il centro istantaneo di rotazione deve ricadere sulla perpendicolare del punto di contatto tra le superfici articolari” affinché le superfici articolari o i legamenti, o entrambi, non siano forzati nel movimento articolare in una direzione innaturale” (1986).
- lo scarico del peso corporeo (P) che grava sul ginocchio durante la deambulazione (fig. 4, 5):
nella fase di appoggio. La trasmissione del carico (P) tra le superfici articolari del ginocchio, infatti, avviene unicamente su due soli punti fisiologici di contatto:
A - condilo femorale mediale / piatto tibiale mediale e
B - condilo femorale laterale / piatto tibiale laterale;
utilizzando un tutore KTJ, i punti fisiologici di contatto vengono coadiuvati da quelli meccanici (due sullo snodo interno e due sullo snodo esterno) sui quali viene deviata una considerevole quantità del peso del corpo con un doppio beneficio:
- la programmabile riduzione della compressione articolare a favore di un più rapido recupero elastico della matrice solida;
- la riduzione o scomparsa del dolore l’insorgenza del quale porta inevitabilmente all’interruzione dell’azione motoria e di conseguente del processo riabilitativo.
A tale proposito la dottoressa Zadini, Primario Fisiatra dell’ospedale Maggiore di Trieste, e direttore del S.C. Medicina Riabilitativa -Azienda Ospedaliero-Universitaria- “Ospedali Riuniti” Trieste nello studio "La ginocchiera a centro di rotazione variabile: valutazione della deambulazionee delle ADL in pazienti con gonartrosi operati di protesi agli arti inferiori" condotto con Mazzuchelli N, Beinat M, Lamprecht G, Marzioti P, Omati L, Possamai A, Pesavento V, Toffano M concludeva che "I nostri risultati confermano l’ipotesi che una ginocchiera a centro di rotazione variabile favorisce il recupero di un buon livello di autonomia nelle attività della vita quotidiana senza determinare inutili sollecitazioni sulle strutture ligamentose e fasciali del ginocchio. Il dispositivo determina inoltre un’immediata riduzione del dolore ed un miglioramento dell’equilibrio e della deambulazione con conseguente riduzione del rischio di cadute.”

Tappeto rotolatore
è un mezzo indispensabile per la riuscita del processo riabilitativo in quanto garantisce
- la deambulazione a precise velocità per una corretta alternanza tra compressione/recupero sulla quale è basato il processo di “essudazione” / “assorbimento” dei volumi di liquido presenti nella matrice cartilaginea a stimolazione della visco-elasticità;
- la deambulazione protratta per una precisa distanza, quale indice dell’alternanza compressione/recupero atti ad evitare eccessi di sovraccarico articolare.

TOP7.KTJ
Software per la programmazione motoria a Carico Protetto

È la versione “riabilitativa per l’arto inferiore” del software TOP7_Win, realizzato per la programmazione personalizzata dell’allenamento nel pieno rispetto delle leggi fisiologiche che regolano l’adattamento organico.
TOP7.KTJ è stato orientato a tre principali funzioni:
- la ripresa della deambulazione
- la ripresa della corsa
- il potenziamento della muscolatura dell’arto inferiore.
Nello specifico
- i programmi per la ripresa della deambulazione a carico protetto sono stati elaborati cercando di rispettare le caratteristiche meccaniche della cartilagine, per riavviare quel processo visco-elastico che è posto alla base della funzionalità meccanica.
A tale scopo ogni programma indica esattamente
- la velocità di deambulazione da mantenere (calcolata in funzione dei risultati sui quali è stata calcolata l’alternanza essudazione/assorbimento del liquido cartilagineo durante la compressione);
- la distanza da percorrere (calcolata in funzione del numero di fasi carico/recupero durante le quali le proprietà meccaniche della cartilagine restano inalterate);
- i periodi di recupero da effettuare tra le serie di lavoro affinchè la cartilagine riposi e recuperi totalmente le sue caratteristiche di visco-elasticità.

Tra le singole sedute di allenamento, TOP7.KTJ propone un moderato aumento del carico di lavoro (inteso come velocità, distanza, tempo di recupero) affinché ci possa essere quell’effetto di sommazione che va a sfruttare quella risposta molto pronunciata provocata dalla seduta di lavoro precedente.
L’efficacia del programma è basato sulla deambulazione a precise velocità mantenute per precise distanze. È molto importante, quindi, seguire scrupolosamente la programmazione impostata anche quando ci si sente bene e si è convinti di poter "fare di più".
Per tale motivo i programmi di “ripresa deambulatoria” devono essere svolti con l’utilizzo di un tappeto rotolatore, sul quale deve essere impostata la distanza e la velocità deambulatoria che viene indicata da TOP7.KTJ.


Fig.6
Affinché tali informazioni siano ben visibili a chi esegue il protocollo riabilitativo, TOP7.KTJ, propone una funzione che espone sul monitor di un computer (che viene posto nelle vicinanze del tappeto), il lavoro da svolgere in modo che l’utilizzatore possa seguire autonomamente le variazioni di velocità e delle distanze programmate (fig. 6).

La principale caratteristica del software TOP7.KTJ, comunque, è l’elaborazione ciclica dei carichi di lavoro, orientati in particolare all’adattamento della cartilagine articolare del ginocchio, che deve necessariamente tener conto delle caratteristiche antropometriche del soggetto ed in particolare del peso corporeo che inevitabilmente grava sul ginocchio. Più il soggetto è pesante, più il carico deve essere inizialmente diminuito e distribuito nel tempo per non sovraccaricare la struttura articolare.
Per risolvere tale problematica, TOP7.KTJ modula la distribuzione in funzione dell’Indice di Massa Corporea (meglio conosciuto come Body Mass Index -BMI): più sfavorevole risulta tale indice, più saranno diluiti i carichi di lavoro nel tempo (fig. 7).


Fig.7 Distribuzione normopeso / sovrappeso / obesità

Con lo stesso criterio sono stati impostati anche
- i programmi per la ripresa della corsa a carico protetto, per coloro che hanno intenzione di riprendere dopo infortunino o malattia, l’attività sportivo/amatoriale.
- i programmi per il potenziamento della muscolatura dell’arto inferiore a carico protetto
Si possono inserire alla fine delle cure mediche (post trauma o fisioterapiche conseguenti ad operazione chirurgica) anche se persistono ancora rigidità muscolare, gonfiore, limitata articolabilità e dolore, che possono influire negativamente sulla piena ripresa della normale attività lavorativo/professionale.
Per poter offrire un programma che possa essere più idoneo alle reali condizioni fisiche, ogni programma è stato strutturato in 5 fasi che tengono conto della conclusione delle cure fisioterapiche, ma soprattutto del tipo di problematica articolare che ha portato al periodo di immobilità ed in particolare a: legamento crociato anteriore LCA, legamento crociato posteriore LCP, legamento collaterale mediale LCM, legamento collaterale laterale LCL, menisco interno, menisco esterno, condropatia e problematiche associate.
La definizione della patologia è importante per escludere nel piano di lavoro, esercitazioni che potrebbero sovraccaricare l’organo articolare in via di guarigione.

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