Resumen
Los ejercicios acuáticos se usan ampliamente para la rehabilitación o las terapias preventivas para permitir la movilización y el fortalecimiento muscular al tiempo que minimiza la carga articular de la extremidad inferior. El efecto reductor de la carga del agua debido a la flotabilidad es una ventaja principal en comparación con los ejercicios en la tierra. Sin embargo, también se deben considerar las fuerzas de arrastre que acto opuesta al movimiento relativo de los segmentos del cuerpo y requieren una mayor actividad muscular. Debido a estos efectos opuestos sobre la carga de las articulaciones, el efecto de reducción de carga durante los ejercicios acuáticos sigue siendo desconocido. El objetivo de este estudio fue cuantificar las cargas articulares durante varios ejercicios acuáticos y determinar el efecto reductor de la carga del agua. Se utilizaron implantes de rodilla y cadera instrumentados con transferencia de datos telemétricos para medir las fuerzas de contacto articulares resultantes en 12 sujetos de edad avanzada (6x cadera, rodilla 6x) in vivo. Los sujetos en tierra y en aguas en aguas en el pecho y en aguas. Se realizó una flexión/extensión/extensión de la cadera y la rodilla que no soportan el peso a diferentes velocidades y con acuárefins adicionales. Las fuerzas articulares durante los ejercicios acuáticos variaron entre 32 y 396% de peso corporal (BW). Se produjeron fuerzas más altas durante las actividades dinámicas, seguidas de actividades lentas y sin peso. En comparación con las mismas actividades en la tierra, las fuerzas articulares se redujeron en un 36–55% en agua, con reducciones absolutas superiores al 100% BW durante las actividades dinámicas y de carga de peso. Durante las actividades que no son de peso, altas velocidades de movimiento y acuáfinas adicionales aumentaron las fuerzas articulares hasta en un 59% y dieron como resultado fuerzas articulares de hasta 301% BW. Este estudio confirma el efecto reductor de la carga del agua durante los ejercicios dinámicos y de soporte de peso. Sin embargo, las fuerzas de arrastre altas dan como resultado un aumento de las fuerzas de contacto articulares e indican una mayor actividad muscular. Mediante la elección de la actividad, la velocidad del movimiento y los dispositivos resistivos adicionales se pueden modular individualmente en el curso de la rehabilitación o las terapias preventivas.
Introducción
Los ejercicios acuáticos se usan ampliamente en rehabilitación o terapias preventivas para permitir la movilización y el fortalecimiento muscular. Debido a la fuerza boyante del agua, se espera una reducción de carga del sistema musculoesquelético, mientras que la fuerza de arrastre del agua puede modularse por la velocidad del movimiento y el área de superficie.
Para los pacientes con osteoartritis, los ejercicios acuáticos se han recomendado encarecidamente como terapia no farmacológica (1). Los estudios demostraron una función física mejorada, la fuerza y la calidad de vida después de la fisioterapia acuática (2–4). También pacientes con otras afecciones musculoesqueléticas (5, 6) y personas mayores sanas (7) puede beneficiarse del ejercicio acuático. Además, se han recomendado ejercicios acuáticos después del reemplazo total de la junta (8, 9) con un efecto positivo sobre la movilidad, la fuerza muscular y el área transversal (9, 10). Evidencia sobre una ventaja de los ejercicios acuáticos sobre un programa de entrenamiento comparable sobre tierra con respecto al alivio del dolor (11) o función y movilidad (12) no existe.
Como un claro beneficio de los ejercicios acuáticos, generalmente se cita el efecto reductor de la carga del agua. El aparente peso corporal (BW) en el agua (Fa) se define como la fuerza gravitacional (Fgramo) menos la fuerza de flotabilidad (Fb) y se ha demostrado que Fa disminuye a aproximadamente 30%BW en agua hasta el pecho (13). Sin embargo, durante el movimiento en el agua, las fuerzas de arrastre actúan opuesta al movimiento relativo de los segmentos del cuerpo. Para superar esas fuerzas de arrastre se requiere una mayor actividad muscular, lo que a su vez conduce a un aumento de las cargas de las articulaciones.
Se han realizado intentos para determinar las cargas articulares en el agua utilizando fuerzas de reacción de tierra, modelos analíticos y electromiografía (14, 15). En comparación con caminar sobre la tierra, las fuerzas de reacción de tierra vertical máxima se redujeron en agua en un 63 a 70% (16–18). Durante la carrera estacionaria, se midió una reducción del 45% de la fuerza de reacción de tierra vertical (19). Los cálculos que usan dinámica inversa indican reducciones de fuerza articular del 65% (articulación de la rodilla) y 62% (articulación de la cadera) al caminar en agua hasta el pecho (13). Sin embargo, debido a la complejidad de la hidrodinámica y la difícil determinación de las fuerzas musculares (incluida la co-contracción), el cálculo de las cargas articulares sigue siendo un desafío.
El objetivo de este estudio fue cuantificar el efecto reductor de la carga del agua durante el ejercicio acuático y determinar la influencia del aumento de la resistencia al agua en la carga de la cadera y la articulación de la rodilla. Por lo tanto, se midieron las fuerzas de contacto articulares in vivo Durante varios ejercicios acuáticos en un grupo de pacientes con implantes instrumentados de cadera y rodilla.
Materiales y métodos
Implantes instrumentados
Se usaron implantes de rodilla y cadera instrumentados con transmisión de datos telemétricos para medir las fuerzas de contacto articulares in vivo. El implante de rodilla instrumentado (20) se basa en el sistema inNEX Fixuc (Zimmer GmbH, Winterthur, Suiza), un diseño de sacrificio cruzado con una incrustación tibial ultraconruente. El componente tibial se modificó y se equipó con seis medidores de tensión para medir las cepas dependientes de la carga en el implante. El implante de cadera instrumentado (21) se basa en la prótesis CTW (Merete Medical GmbH, Berlín, Alemania) un diseño de ‘Spotorno’. Dentro del cuello hueco, se aplican seis medidores de tensión para medir la deformación del cuello. En ambos implantes, las señales son detectadas y transmitidas por un circuito de telemetría alimentado inductivamente (22). Después de la calibración de cada implante 3 de fuerza y 3 componentes de momento que actúan sobre la cabeza femoral o el componente tibial se determinan a partir de las cepas medidas a una velocidad de muestreo de aproximadamente 100 Hz. En este estudio solo las fuerzas de contacto articulares resultantes (Fresonancia) se están analizando y declarados en el porcentaje del peso corporal del sujeto (%BW).
Para permitir el uso seguro submarino, el sistema de medición externo fue modificado y aprobado por las autoridades reguladoras. Para la fuente de alimentación, se colocó una bobina de inducción con un conductor protector de conexión a tierra alrededor del muslo o vástago de los sujetos. Se colocó una antena externa en el muslo o vástago de los sujetos para recibir las señales de los implantes. Tanto la bobina de inducción como la antena externa se sellaron por completo para permitir el uso seguro submarino. Para evitar el movimiento de la bobina de potencia y la antena en el agua debido a las fuerzas de arrastre, se usaron un manguito de neopreno y correas adicionales para la fijación. Las pruebas en agua revelaron que la fuente de alimentación necesaria de 5 MW para la unidad de telemetría (20) se proporcionó y se confirmó una excelente transmisión de señal a la antena unida.
Sujetos
Doce sujetos con implantes instrumentados (6 x rodilla, 6 x cadera) participaron en este estudio (Tabla 1). El grupo de sujetos TKR y THR fue comparable con respecto al peso y la altura corporal. La mediana de edad difirió en 15 años, ya que los sujetos de THR son considerablemente más jóvenes que los sujetos TKR. Las mediciones se tomaron 2.3–8.1 años después de la operación, mientras que todos los sujetos estaban libres de dolor. El estudio fue aprobado por el Comité de Ética del Charité –Universitätsmedizin Berlín. Todos los sujetos proporcionaron consentimiento informado por escrito a los procedimientos.
Mediana (rango).
Experimento
Los ejercicios acuáticos se realizaron en una piscina del OlympiAtützpunkt Berlín con una altura de agua de 1,24 m. Para ajustar la altura del agua a las plataformas adicionales a nivel de pecho (aproximadamente xiphoides). Una ventana lateral en la piscina permitió rastrear y grabar video los movimientos de cada sujeto. Los ejercicios en tierra se realizaron el mismo día antes de los acuáticos.
Los ejercicios se dividieron en tres grupos: (a) actividades no con peso, (b) actividades de peso de peso y (c) (c)Tabla 2). Todas las actividades que no soportan peso en el agua y en tierra se realizaron a una frecuencia ‘lenta’ de 35 lpm. Para lograr esta frecuencia, se proporcionó retroalimentación acústica con un metrónomo.
Para investigar la influencia de la velocidad del movimiento, la flexión/extensión de la rodilla (sujetos TKR) y la flexión/extensión de la cadera (sujetos de THR) se ejecutaron adicionalmente a una velocidad ‘rápida’ de 70 lpm y ‘muy rápida’, es decir, lo más rápido posible, sin retroalimentación acústica.
Para investigar el efecto de la resistencia al agua adicional durante los ejercicios de flexión/extensión, las acuáreas (Tera-Band, Alemania) se fijaron en el tobillo ipsilateral (Fig. 1).
Además, el efecto de la altura del agua en la carga de la articulación se analizó durante la postura de una pierna. Para disminuir la altura del agua, se utilizaron 4 plataformas con una altura de 4 cm cada una. Debido a las diferentes alturas de los pacientes, se logró un nivel de agua a la altura del pecho con diferentes números de plataformas.
Se dieron instrucciones verbales a los sujetos sobre cómo realizar las actividades y posiblemente cómo corregir el movimiento. Si es necesario, un dispositivo flotante o el instructor proporcionó soporte. Cuatro sujetos de TKR no pudieron realizar las actividades dinámicas en tierra, dos sujetos TKR no realizaron la actividad de flexión/extensión de rodilla ‘muy rápida’. Cada ejercicio se repitió al menos 6 veces.
Análisis de datos
Para cada actividad, los valores máximos de la fuerza de contacto de articulación resultante Fresonancia Durante los ensayos individuales se identificaron y promediaron durante los ensayos repetidos por vía individual.
Para investigar el efecto reductor de la carga del agua, se compararon las fuerzas de las articulaciones máximas durante los ejercicios dinámicos, de soporte de peso y que no soportan peso (lento) en la tierra y en el agua. Principalmente, las fuerzas conjuntas se compararon para cada grupo de ejercicio. Para cada paciente, el valor máximo mediano de cada grupo de actividad, es decir, para A: 3 ejercicios no con peso, B: 5 ejercicios de soporte de peso y ejercicios dinámicos C: 4 se determinaron y tomaron para un análisis posterior. Las diferencias entre las fuerzas de las articulaciones máximas en la tierra y en el agua, con n = 6, se probaron para su importancia en cada grupo utilizando una prueba de wilcoxon con un nivel de significancia de p = 0.05. Posteriormente, se compararon las fuerzas conjuntas en tierra y en el agua para cada una de las 12 actividades.
Además, la influencia de la velocidad del movimiento y la resistencia adicional al agua (aquafins) en la carga de la articulación se analizó durante la cadera (sujetos de THR) y la flexión/extensión de la rodilla (sujetos TKR). Las diferencias se probaron para su importancia utilizando una prueba de Wilcoxon con un nivel de significancia de P = 0.05.
El coeficiente de correlación de Pearson se utilizó para examinar la relación lineal entre el nivel de agua y las fuerzas articulares durante la postura con una pierna. Se utilizaron estadísticas descriptivas si menos de 6 sujetos pudieran realizar el ejercicio.
Para representar el patrón de carga promedio durante caminar sobre la tierra y en el agua, se utilizó un procedimiento dinámico de deformación de tiempo (23).
Resultados
Influencia de la Fuerza Boya durante una postura de una sola patrimonio
Durante la condición estática de la postura de una pierna, las fuerzas máximas resultantes de cadera y articulación de la rodilla se redujeron en promedio en un 170%BW (58%) y 162%BW (62%), respectivamente en agua hasta el pecho en comparación con la postura de una pierna en tierra. Un nivel de agua creciente resultó en fuerzas de la articulación de cadera y rodilla significativamente más bajas (Fig. 2). El análisis de regresión lineal entre la altura del agua y las fuerzas articulares reveló una correlación negativa significativa (HIP: P <0.001, rodilla: P = 0.002). Con un valor de 2.9, la pendiente de la línea de regresión era la misma para la cadera y la articulación de la rodilla. La intersección y fue 23%BW más alta en la cadera que en la articulación de la rodilla.
