L’influenza della larghezza del centro sci e della fatica sulla stabilità dell’articolazione del ginocchio e sull’equilibrio dello sciatore

Introduzione

Lo sci alpino competitivo è uno sport fisicamente impegnativo che richiede una combinazione di forza, resistenza, equilibrio posturale e coordinazione (1,2). Comprende una sequenza di contrazioni isometriche e concentrico-eccentriche ad alta intensità (3). Anche lo sci amatoriale è considerato un’attività molto intensa, soprattutto quando si guarda uno sciatore amatoriale in termini di capacità fisiche. Nello sci alpino, la forza di reazione al suolo e quindi il carico corporeo è maggiore nella fase di rotazione della curva dopo aver superato la linea di caduta (4,5) ed è allora che si verifica anche il lavoro eccentrico dei muscoli (3). Nello sci agonistico, la fatica riduce la velocità dello sci, aumenta il raggio di curva (3) e indebolisce la capacità di mantenere l’equilibrio, il che può provocare una perdita di controllo dello sci, cadute o lesioni (6,7). In effetti, lo sci alpino è uno sport ad alto rischio di infortuni, con un tasso di infortuni complessivo di circa 2-4 infortuni per 1000 giorni di sci nello sci amatoriale (8,9,10) e circa 10 ogni 1000 gare nella Coppa del Mondo di Sci (11).

La stanchezza può verificarsi nel muscolo stesso (stanchezza locale o periferica) e a livello del sistema nervoso (stanchezza centrale). L’affaticamento locale è correlato alla ridotta trasmissione di un potenziale d’azione, una ridotta associazione tra stimolazione muscolare e contrazione e inibizione del processo contrattile (6), mentre l’affaticamento centrale è collegato alla riduzione dell’inizio o della trasmissione dell’attività elettrica dei motoneuroni (12). Lo sviluppo della fatica periferica è progressivo e dipende dalla durata dell’attività e dalla sua intensità. L’affaticamento muscolare periferico è considerato di breve durata quando termina in gran parte entro 1 minuto, con recupero della fosfocreatina e della forza, mentre è a lungo termine quando gli effetti della fatica rimangono per almeno 30 minuti dopo l’attività (13).

L’equilibrio statico è definito come la capacità di mantenere il centro di massa (CoM) al di sopra della superficie di appoggio (14). Quando il centro di pressione (CoP) della forza di reazione al suolo è al di fuori della superficie di appoggio, il corpo perde l’equilibrio o si verifica un’azione umana appropriata (ad esempio, un gradino) per mantenere o ripristinare l’equilibrio (15). In posizione eretta il corpo utilizza due strategie principali per compensare l’equilibrio:

• Nei disequilibri antero-posteriori, si verifica una strategia della caviglia in cui la maggior parte dei movimenti compensatori sono eseguiti dalla caviglia e dal piede (16);
• Nei disequilibri che agiscono in direzione mediale-laterale, il corpo risponde con una strategia dell’anca, in cui si verificano movimenti più complessi, soprattutto nell’articolazione dell’anca e nel tronco (16,17). Il contributo dell’anca aumenta con una ridotta superficie di appoggio e con disturbi via via più ampi e veloci. 

Nello sci la strategia della caviglia non è espressa perché l’articolazione della caviglia è in uno scarpone rigido e, quindi, non possiede molta libertà di movimento. Pertanto lo sciatore utilizza prevalentemente i movimenti delle articolazioni del ginocchio e dell’anca per mantenere l’equilibrio e regolare l’angolo dello sci rispetto alla neve, da cui viene determinato il raggio (e, di conseguenza, le forze radiali) in connessione con le curve carvate (18).

Di recente gli sci sul mercato sono apparsi molto più larghi degli sci ordinari nella parte sotto lo scarpone (larghezza del centro superiore a 100 mm, rispetto a 60 mm degli sci classici). Questi sci sono stati originariamente progettati per lo sci fuori pista. Tuttavia gli sci attuali con larghezza del centro compresa tra 80 e 90 mm sono considerati “sci allride” per lo sci in pista e fuori pista, di conseguenza spesso utilizzati su neve dura o ghiacciata. 

Nello sci in beve fresca (fuori pista), questi sci hanno una base di appoggio più ampia e una migliore scorrevolezza sulla neve. Quando si usano sci larghi su condizioni di neve dura/ghiacciata, il punto di applicazione della forza di reazione al suolo dello sci esterno e più carico è più lontano dal metà piede e spostato medialmente rispetto a quando si usano sci più stretti (19). Si è riscontrato che la cinematica dell’articolazione del ginocchio è di conseguenza diversa su sci più larghi rispetto a quelli più stretti, con la rotazione del ginocchio più influenzata rispetto all’abduzione/adduzione del ginocchio. 

In uno studio che simulava una posizione di equilibrio quasi statica durante una curva con gli sci, si è riscontrato che i cambiamenti cinematici nel ginocchio erano tali che la coppia nell’articolazione rimaneva invariata, indipendentemente dalla larghezza dello sci (20). La possibile spiegazione di ciò era che, mantenendo le coppie esterne relativamente basse, c’era anche uno sforzo muscolare inferiore.

Dagli studi che analizzano l’andatura umana, è noto che, man mano che i muscoli antigravitazionali si affaticano, la velocità totale di movimento del CoM, l’ampiezza del movimento nelle direzioni mediolaterale e antero-posteriore e la gamma totale di movimento del CoM aumentano (21,22). 

Lo scopo di questa ricerca attuale è stato quello di indagare la stabilità funzionale dell’articolazione del ginocchio e l’equilibrio in una simulazione quasi statica di una curva con gli sci quando si usano sci di diverse larghezze del centro in relazione alla fatica, come potrebbe essere l’affaticamento muscolare degli arti inferiori un fattore di rischio di lesioni nello sci (23). In un contesto più ampio lo studio ha esaminato fattori fino ad ora sconosciuti che possono influenzare la lesione dell’articolazione del ginocchio, che si è dimostrata essere l’articolazione più comunemente colpita sia nello sci amatoriale, che competitivo (24,25).

Sono state poste le seguenti ipotesi:

Ipotesi H1a. L’affaticamento causa un aumento statisticamente significativo della rotazione tibiale esterna e dell’abduzione/valgismo del ginocchio rispetto ai valori pre-affaticamento.

Ipotesi H1b. Il cambiamento indotto dalla fatica nella posizione dell’articolazione del ginocchio (rotazione esterna e abduzione/valgismo del ginocchio) è statisticamente significativamente più pronunciato in relazione a sci più larghi, rispetto a quelli più stretti.

Ipotesi H2a. La fatica si traduce in un aumento statisticamente significativo del movimento del centro di pressione sul terreno (CoP), rispetto ai valori di pre-fatica.

Ipotesi H2b. L’aumento del movimento del CoP indotto dalla fatica è statisticamente significativamente più pronunciato con sci più larghi, rispetto a quelli più stretti e, di conseguenza, l’equilibrio corporeo e la stabilità dell’articolazione del ginocchio in stato di fatica sono maggiormente ostacolati quando si usano sci larghi rispetto a quelli stretti 

Materiali e metodi

Quindici partecipanti maschi sani sono stati inclusi nello studio (età 33,4±8,6 anni; altezza: 176,9±7,9 cm; peso: 77,3±13,2 kg). Erano tutti fisicamente in forma ed erano tutti sciatori. Nessuno di loro ha avuto lesioni nell’ultimo anno e nessuna ferita grave a nessuna parte del corpo in qualsiasi momento della loro vita. Lo studio è stato approvato dal Comitato Etico responsabile dell’Università di Lubiana (n.1327/2017) e il consenso informato a seguito della Dichiarazione di Helsinki è stato ottenuto da tutti i soggetti.

Sistema di misura

Per la fotogrammetria tridimensionale, sono stati posizionati 11 marker ottici riflettenti secondo un protocollo standardizzato (26): sei sull’arto inferiore esterno, due sullo scarpone da sci e tre sulla piastra mobile del simulatore (Figura 1). I marker riflettenti sono stati registrati utilizzando un sistema cinematico ottico (Optitrack V120: Trio, Natural Point, USA), costituito da tre telecamere a infrarossi calibrate (frequenza di campionamento: 120 Hz). Con il software del produttore (Motive, versione 1.5.0.), sono state ottenute informazioni in tempo reale sulla posizione dei segmenti corporei e sugli angoli standard di Eulero nell’articolazione del ginocchio su tre piani anatomici (27).

Figura 1. Simulatore di curva con gli sci: (a) cinghia di supporto laterale con indicatore di pressione/forza di trazione; b) marker ottico; (c) asse di rotazione; (d) piastra di forza.

Lo stesso simulatore di sci di uno studio precedente (20) consisteva in una piastra metallica fissata al telaio in modo tale che la piastra potesse essere inclinata attorno all’asse sagittale (Figura 1). Con l’aiuto di tre marcatori ottici montati sulla piastra del simulatore, è stato determinato il sistema di coordinate dello scarpone da sci (parte inferiore dello scarpone da sci). Questo sistema di coordinate è stato utilizzato per calcolare gli angoli di Eulero nell’articolazione del ginocchio (flessione-abduzione-rotazione). L’attacco dello sci per il fissaggio dello scarpone si muoveva liberamente nel piano della piastra trasversale all’asse di rotazione con l’ausilio di un motore elettrico comandato passo per passo dal computer. La larghezza del centro dello sci è stata simulata dallo spostamento dello scarpone da sci dall’asse di rotazione (bordo dello sci immaginario) come mostrato nella Figura 2. La posizione di partenza, cioè la larghezza dello sci= 0, è stata definita quando l’intersuola dello scarpone è stato allineato con l’asse di rotazione (larghezza dello sci non realistica) e, successivamente, sono state simulate due larghezze del centro realistiche: sci stretto= 60 mm e sci largo= 120 mm.

Figura 2. Schema sul piano frontale dell’apparato che ha permesso di simulare diverse larghezze del centro sci. Le forme ellittiche rappresentano lo scarpone da sci sinistro / esterno nella svolta a destra simulata. L’asse di rotazione (indicato dalla freccia) rappresenta il bordo interno dello sci sinistro (esterno). La larghezza simulata dello sci è uguale alla distanza raddoppiata tra l’asse di rotazione (bordo dello sci) e la metà dello scarpone. Le posizioni “b” e “c” simulavano rispettivamente le larghezze del centro sci di 60 e 120 mm. La posizione “a” non è realistica ed è stata utilizzata solo per raccogliere valori di riferimento.

Il partecipante è stato legato lateralmente tramite un misuratore di pressione/forza di trazione (modello HBM: S9M / 2 kN, Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt, Germania). Il dinamometro è stato collegato a un convertitore analogico-digitale (DEWE 43, Dewesoft d.o.o., Trbovlje, Slovenia). Con l’aiuto del programma Dewesoft X e la lunghezza appropriata della fune, è stato inizialmente garantito che la forza radiale rappresentasse sempre approssimativamente la stessa proporzione della forza di gravità e, quindi, l’angolo di inclinazione dell’intero corpo era quasi-staticamente determinato. I dati sull’ampiezza e la direzione della forza di reazione al suolo sono stati acquisiti utilizzando la piastra di forza Kistler 5691 (Kistler, Winterthur, Svizzera) su cui è stato posizionato il simulatore di sci e il software Kistler MARS di accompagnamento (Kistler, Winterthur, Svizzera).

Protocollo di misurazione

Il soggetto è stato legato ad un simulatore robotico di sci con il suo scarpone sinistro, mentre l’altro scarpone è stato sollevato da terra per tutta la misurazione (simulazione come se tutto il peso fosse su di un arto durante la curva). Il sistema controllato dal computer ha cambiato in modo casuale la posizione della forza di reazione al suolo quattro volte ogni 10”, simulando tre larghezze del centro dello sci: 0 mm (usato come valore di riferimento), 60 mm (“sci stretto”) e 120 mm (“sci largo”). Il soggetto doveva mantenere 60° di piegamento nell’articolazione del ginocchio e 25° d’inclinazione della piastra per 10” dopo ogni cambio di larghezza dello sci sul simulatore. Questi valori predefiniti di piegamento del ginocchio e inclinazione dello sci sono stati impostati per evitare altre influenze sulla cinematica del ginocchio e per concentrarsi solo sulla larghezza dello sci, nonché per consentire una posizione del corpo simile allo sci e alle forze di reazione al suolo (20). Sia le condizioni di piegamento del ginocchio, che d’inclinazione dello sci sono state monitorate in tempo reale utilizzando il feedback visivo sullo schermo. Le serie della durata di 40” sono state ripetute tre volte con un intervallo di recupero di 2 minuti. Questo è stato seguito da un protocollo di affaticamento, durante il quale il soggetto ha eseguito tre serie di squat con un singolo arto in uno scarpone da sci con un angolo del ginocchio di 70°. L’angolo del ginocchio durante gli squat è stato monitorato sullo schermo in tempo reale dal partecipante. I partecipanti sono stati fortemente incoraggiati a eseguire gli squat fino ad esaurimento, cioè fino a quando non è stato possibile eseguire uno squat aggiuntivo, il che ha permesso di soddisfare una delle definizioni più comuni di affaticamento muscolare: “il decremento, indotto dall’esercizio, nella capacità di produrre forza” (28). Durante ogni serie di squat, il soggetto aveva 30” di recupero. La fase di affaticamento è stata seguita da tre sequenze di carico casuali “alla larghezza del centro sci” aggiuntive di 40” sul simulatore: la prima immediatamente dopo la fase affaticante, la seconda 2 minuti dopo e la terza 4 minuti dopo.

Elaborazione dati

Per ogni misurazione di 10” sul simulatore sotto diverse larghezze del centro sci simulate, sono stati utilizzati i dati degli ultimi 5” prima che si verificasse la nuova posizione di larghezza del centro. Pertanto il soggetto aveva tempo sufficiente affinché ciascuna larghezza del centro sci simulata occupasse una posizione equilibrata quasi statica.

Dal sistema cinematico sono state ottenute flessione, abduzione e rotazione nell’articolazione del ginocchio (27). Il trasduttore di forza ha consentito di monitorare l’entità della forza radiale nella curva simulata. Dalla piastra di forza sono stati ottenuti i seguenti dati:

1. Velocità CoP, definita come la lunghezza comune della traiettoria dell’oscillazione CoP calcolata come somma della distanza euclidea punto a punto divisa per il tempo di misurazione (velocità totale; Vtot), o la lunghezza totale della traiettoria del CoP oscillano solo in direzione antero-posteriore (VAP) o mediolaterale (VML), diviso per il tempo di misurazione.
2. Ampiezza CoP, definita come l’ammontare medio dell’oscillazione CoP in direzione anteroposteriore (AAP) e mediolaterale (AML), calcolata come la lunghezza totale della traiettoria dell’oscillazione CoP solo nella direzione data divisa per il numero di cambiamenti.
3. Area CoP (AR), definita come l’area influenzata dalla traiettoria CoP conrispetto al punto di appoggio centrale (cioè, un prodotto dei valori medi antero-posteriori e mediolaterali).

La frequenza media (MF) dello spettro di potenza di CoP in entrambe le direzioni (antero-posteriore: MFAP, mediolaterale: MFML), definita come la frequenza delle oscillazioni del CoP calcolata come frequenza media dello spettro di potenza in una data direzione. La frequenza di picco (PF) dello spettro di potenza del movimento CoP in entrambe le direzioni (antero-posteriore: PFAP, mediolaterale: PFML), calcolata come la frequenza di picco dello spettro di potenza in una data direzione.

La frequenza è stata calcolata come i cambiamenti di CoP in una direzione (cioè, segnali locali estremi o picchi) diviso per il tempo di misurazione (FP) per entrambe le direzioni (antero-posteriore: FPAP, mediolaterale: FPML). In primo luogo il valore di base dei parametri è stato determinato calcolando la media delle prime tre misurazioni per tutti i parametri CoP a una larghezza della vita di riferimento di 0 mm. Nella fase successiva, questi valori di riferimento di prefaticamento CoP sono stati confrontati con i valori ottenuti immediatamente dopo la fatica, 2 min dopo la fatica e 4 min dopo la fatica su sci di diverse larghezze.

Analisi statistica

SPSS.20 (IBM Corporation, New York, NY, USA) e MS Excel 2013 sono stati utilizzati per l’analisi statistica. I dati sono stati presentati come media e deviazione standard. La normalità della distribuzione è stata prima testata usando il test di Kolmogorov-Smirnov e poi l’omogeneità delle varianze è stata testata usando il test di Leven. L’analisi della varianza per misurazioni ripetute è stata utilizzata per testare le differenze tra le variabili dipendenti. Nell’analisi post hoc, la differenza tra le singole coppie è stata testata con test t di campioni appaiati. È stata utilizzata un’analisi della varianza a due vie per misurazioni ripetute [tempo di misurazione (4) × larghezza della vita dello sci (3)] per determinare se c’erano differenze statisticamente significative nei parametri al fattore tempo di misurazione (prima della fatica, immediatamente dopo la fatica, 2 minuti dopo la fatica e 4 minuti dopo la fatica), con il fattore di larghezza della vita dello sci (neutro, stretto e largo) e con l’interazione di entrambi i fattori (tempo di misurazione × larghezza della vita dello sci). Per determinare separatamente se i gruppi differiscano l’uno dall’altro, in termini di larghezza del centro dello sci (sci stretto vs. largo) e in termini di tempo di misurazione, è stata eseguita un’analisi della varianza unidirezionale. Le dimensioni degli effetti sono state calcolate come η2 per l’analisi della varianza, nonché per i confronti a coppie utilizzando la misura d di Cohen (29). Il livello di significatività statistica è stato determinato a p <0,05.

Risultati

L’angolo del ginocchio è stato predeterminato e monitorato in tempo reale per tutte le misurazioni sul simulatore e i risultati hanno rivelato che non ci sono state differenze statisticamente significative nei parametri di piegamento del ginocchio. Inoltre non ci sono state differenze statisticamente significative nei parametri di rotazione del ginocchio, sia con il parametro della larghezza del centro dello sci che con il tempo prima o dopo l’affaticamento (Figura 3).

Figura 3. Rotazione tibiale esterna in uno stato pre affaticamento (prima di F) e in momenti diversi dopo l’affaticamento (dopo F) con due diverse larghezze del centro dello sci.

L’abduzione del ginocchio era significativamente maggiore in relazione agli sci larghi (Figura 4) rispetto a quelli stretti (t= -5,1; p <0,01; d= 0,46).

Figura 4. Abduzione/adduzione del ginocchio in uno stato pre affaticato (prima di F) e in momenti diversi dopo la fatica (dopo F) con due diverse larghezze del centro dello sci. + rappresenta una differenza statisticamente significativa rispetto allo stato pre affaticato        (p <0,05); * mostra una differenza statisticamente significativa tra le misurazioni della larghezza del centro largo e quelle del centro stretto.

Dopo la fatica, c’è stato un aumento significativo dell’abduzione del ginocchio con gli sci stretti (t = −2,16; p = 0,05; d = 0,31), così come con quelli larghi (t= -2,39; p <0,05; d= 0,41). Differenze significative sono state osservate in VAP con sci larghi rispetto a quelli stretti (F = 3,78; p <0,05; η2 = 0,27) (Figura 5).

Figura 5. Velocità del centro di pressione (CoP) in direzione antero-posteriore (VAP) in uno stato pre affaticato (prima di F) e in momenti diversi dopo la fatica (dopo F) con due diverse larghezze del centro sci. + rappresenta una differenza statisticamente significativa rispetto allo stato pre affaticato (p <0,05); * rappresenta una differenza statisticamente significativa tra le misurazioni della larghezza del centro stretto e largo.

Il valore VAP per gli sci larghi è stato significativamente più alto rispetto a quello per quelli stretti (t= -3,44; p <0,01; d = 0,52). Con gli sci stretti, tutti e tre i valori di VAP dopo la fatica sono stati significativamente più alti rispetto al valore di pre-fatica con il valore immediatamente dopo la fatica che è stato il più alto (t= -2,70; p <0,05; d = 0,42).

Ci sono stati valori VML significativamente più alti con sci larghi (F = 19,94; p <0,01; η2 = 0,67) rispetto a quelli stretti (t= -4,87; p <0,01; d = 0,70) (Figura 6).

Figura 6. Velocità CoP in direzione mediolaterale (VML) in uno stato pre affaticato (prima di F) e in momenti diversi dopo la fatica (dopo F) con due diverse larghezze di sci. + rappresenta una differenza statisticamente significativa rispetto allo stato pre affaticato (p <0,05); * rappresenta una differenza statisticamente significativa tra le misurazioni della larghezza del centro stretto e largo.

L’effetto del tempo è stato statisticamente significativo solo per gli sci stretti (F= 4,42; p <0,01; η2= 0,29). In particolare c’è stato un incremento del VML immediatamente dopo la fatica, rispetto allo stato di pre fatica con gli sci stretti (t= -3,73; p <0,01; d = 0,56).

I risultati hanno dimostrato differenze significative nei valori Aap tra diverse larghezze di sci (F= 4,89; p <0,05; η2 = 0,31) (Figura 7).

Figura 7. Ampiezza della CoP in direzione antero-posteriore (AAP) in uno stato pre affaticato (prima di F) e in momenti diversi dopo l’affaticamento (dopo F) con due diverse larghezze della vita dello sci. * rappresenta una differenza statisticamente significativa tra le misurazioni della larghezza del centro stretto e largo.

I valori AAP sono stati significativamente più alti con gli sci larghi rispetto a quelli stretti (t = 2,23; p <0,05; d = 0,31). Le differenze tra i tempi di pre e post fatica sono state significative solo con gli sci larghi (F = 4,28; p <0,05; η2 = 0,28). C’è stato un decremento nel valore AAP 2 min dopo la fatica, rispetto allo stato immediatamente dopo la fatica (t = 2,92; p <0,05; d = 0,38).

Ci sono stati differenze significative nei valori AML tra diverse larghezze di sci (F = 20,36; p <0,01; η2 = 0,63). I valori di AML erano significativamente più alti con gli sci larghi rispetto a quelli stretti (t = −5,18; p <0,01; d = 0,69) (Figura 8).

Figura 8. Ampiezza del CoP in direzione mediolaterale (LMA) in uno stato pre affaticato (prima di F) e in momenti diversi dopo l’affaticamento (dopo F) con due diverse larghezze del centro dello sci. + rappresenta una differenza statisticamente significativa rispetto allo stato pre affaticato (p <0,05); * rappresenta una differenza statisticamente significativa tra le misurazioni della larghezza del centro sci stretto e largo.

L’effetto del tempo di misurazione è stato statisticamente significativo solo per gli sci stretti (F= 5,00; p <0,01; η2= 0,31) e l’AML è stato significativamente maggiore solo immediatamente dopo la fatica (t= -3,44; p <0,01; d= 0,52).

Sono state osservate differenze significative nell’MFAP con diverse larghezze di sci (F = 5,93; p <0,01; η2 = 0,37). Il valore MFAP era significativamente inferiore con gli sci larghi rispetto a quelli stretti (t = 2,86; p <0,05; d = 0,43) (Figura 9).

Figura 9. La frequenza media dello spettro di potenza di CoP in direzione anteroposteriore (MFAP) in uno stato pre affaticato(prima di F) e in momenti diversi dopo l’affaticamento (dopo F) con due diverse larghezze del centro dello sci. + rappresenta una differenza statisticamente significativa rispetto allo stato pre affaticato (p <0,05); * rappresenta una differenza statisticamente significativa tra le misurazioni della larghezza del centro stretto e largo.

Le differenze tra i diversi tempi di misurazione sono state significative solo con sci larghi (F = 3,38; p <0,05; η2 = 0,30) e l’MFAP sono state significativamente più alto 2 min dopo l’affaticamento rispetto al valore di pre fatica (t = −4,17; p <0,01; d = 0,66), così come 4 min dopo la fatica rispetto al valore di pre fatica (t = −3,32; p <0,01; d = 0,50). Con gli sci stretti, c’è stato un aumento significativo del valore MFAP solo a 4 min dopo l’affaticamento rispetto al valore di pre fatica (t= -3,5; p <0,01; d= 0,53).

Ci sono state differenze significative nei valori MFML con il tempo di misurazione (F = 3,96; p <0,05; η2 = 0,36), così come con diverse larghezze di sci (F = 3,70; p <0,05; η2 = 0,35) (Figura 10).

Figura 10. La frequenza media dello spettro di potenza del CoP in direzione mediolaterale (MFML) in uno stato pre affaticato (prima di F) e in momenti diversi dopo la fatica (dopo F) con due diverse larghezze del centro dello sci. + rappresenta una differenza statisticamente significativa rispetto allo stato pre affaticato (p <0,05); * rappresenta una differenza statisticamente significativa tra le misurazioni della larghezza de centro stretto e largo.

L’MFML è stato significativamente inferiore con gli sci larghi rispetto a quelli stretti (t = 2,33; p <0,05; d = 0,31). Con gli sci stretti, c’è stato un aumento significativo dei valori MFML 4 min dopo la fatica rispetto allo stato di pre fatica (t= -3,85; p <0,01; d = 0,55), così come 4 min dopo la fatica, rispetto a immediatamente dopo la fatica (t = −2,73; p <0,05; d = 0,40). Con gli sci larghi, c’è stata una differenza significativa nel valore MFML solo 4 min dopo la fatica, rispetto ai valori 2 min dopo la fatica (t = −2,33; p <0,05; d = 0,31). 

Con i valori AR, ci sono state differenze significative con diversi tempi di misurazione (F = 5,36; p <0,01; η2 = 0,52), così come con diverse larghezze degli sci (F = 4,33; p <0,05; η2 = 0,46). Ci sono stati valori AR significativamente più alti con sci larghi rispetto a quelli stretti (t = −3,67; p <0,01; d = 0,53). Rispetto ai diversi tempi di misurazione, ci sono state differenze significative nel valore AR solo con gli sci stretti (F = 5,58; p <0,01; η2 = 0,34) con tutti i valori dopo la fatica essendo significativamente più alti comparati allo stato pre affaticamento.

Discussione

I principali risultati dello studio sono stati, in primo luogo, che la stabilità dell’articolazione del ginocchio (cinematica) è stata influenzata dalla larghezza del centro dello sci, nonché dal livello di affaticamento. In secondo luogo, le ipotesi H1a e H1b sono state confermate solo in parte poiché solo l’abduzione del ginocchio aumenta con la larghezza dello sci e con il livello di affaticamento, ma non con la rotazione del ginocchio. Per quanto riguarda il confronto della stabilità funzionale nella posizione di sciata simulata utilizzando diverse larghezze del centro dello sci, è stato dimostrato che la fatica ha causato un significativo decremento della stabilità del ginocchio con sci larghi, rispetto a quelli stretti. In terzo luogo, la fatica ha determinato un aumento del movimento della CoP rispetto ai valori di pre fatica, confermando l’ipotesi H2a. L’effetto della fatica sul decremento dell’equilibrio è stato significativamente più influente con gli sci stretti, rispetto a quelli larghi. Pertanto l’ipotesi H2b non è stata confermata. Con la maggior parte dei parametri CoP, è stato dimostrato che l’effetto della fatica sull’equilibrio è in accordo con studi precedenti (21,22,30).

Precedenti studi sulla neve (19) e di laboratorio (20) hanno dimostrato che la rotazione del ginocchio è il meccanismo di adattamento primario per evitare un aumento della coppia articolare del ginocchio, quando si usano sci larghi. L’abduzione del ginocchio è indipendente dalla larghezza della vita dello sci (20). Nella presente indagine dove è stato studiato l’effetto dell’affaticamento muscolare, l’abduzione del ginocchio è aumentata nello stato di fatica con entrambe le larghezze degli sci, mentre la rotazione è rimasta invariata o c’è stata anche una tendenza alla diminuzione della rotazione esterna. Una possibile spiegazione è che, in uno stato di affaticamento, l’abduzione ha assunto il ruolo di ridurre al minimo il momento torcente nell’articolazione del ginocchio invece della rotazione esterna in combinazione con il piegamento, come riscontrato in uno studio precedente. Tuttavia l’abduzione dell’articolazione del ginocchio che si è verificata attualmente impone uno sforzo aggiuntivo sul legamento collaterale mediale (31). La rigidità di questo legamento è aumentata dall’attivazione dei muscoli degli arti inferiori (32), che è considerato un ulteriore stabilizzatore mediolaterale del ginocchio. Questo meccanismo aggiuntivo di stabilizzazione attiva potrebbe essere ostacolato nello stato di affaticamento muscolare. Pertanto la posizione del ginocchio abdotto/valgo diventa più pronunciata e più vicina alla limitazione legamentosa dell’estremità della posizione del ginocchio valgo, che potrebbe rappresentare il rischio di lesione collaterale mediale acuta in caso di ulteriore improvvisa spinta esterna in valgo (31), che può verificarsi durante lo sci.

È noto da altri studi biomeccanici che il disallineamento dell’articolazione del ginocchio predispone l’articolazione del ginocchio a cambiamenti degenerativi (33) attraverso il sovraccarico locale delle superfici articolari. In questo studio è stato dimostrato che, nello stato di affaticamento, e ancor di più in relazione agli sci larghi, il ginocchio è costretto nella pronunciata posizione in valgo nella curva con la sciita simulata. Si può presumere che, in questi casi, il compartimento laterale del ginocchio potrebbe essere notevolmente più carico o, nel peggiore dei casi, anche sovraccaricato. Tuttavia sapendo che le forze di reazione al suolo nello sci amatoriale sono pari a due volte il peso corporeo (34) e nello sci agonistico fino a 4,2 il peso corporeo (4,5), in combinazione con le vibrazioni (35,36,37), questo può aumentare il rischio di patologie articolari croniche. Questo vale in particolare per sciatori/maestri di sci competitivi e avanzati a causa del loro numero elevato di piste/ curve per stagione.

Con la maggior parte dei parametri di movimento CoP, l’effetto di fatica è stato espresso in modo più significativo immediatamente dopo la procedura di affaticamento, in conformità con uno studio precedente condotto su un dinamometro isocinetico (12). Alcuni dei parametri (VAP, MFAP, MFML con sci stretto e MFAP con sci largo) non sono tornati alla linea di base, anche al momento dell’ultima misurazione (4 minuti dopo la fatica). Pertanto le brevi pause tipiche lungo la discesa sembrano non essere sufficienti per livellare gli effetti della fatica. Questi risultati in termini di sicurezza dello sci mettono in discussione le lunghe seggiovie o le cabinovie quando gli sciatori non fanno pause sufficienti durante le loro discese. 

In altri studi che hanno esaminato l’effetto della fatica sul deterioramento della produzione di forza muscolare (12,38) e del movimento CoP (30), la maggior parte delle funzioni che producono forza e l’equilibrio sono tornati alla normalità dopo 6-10 minuti. Tali periodi di recupero più lunghi si verificano in genere solo nello sci alpino tra le piste, in attesa di salire sugli impianti e in viaggio (ritornando) in cima alla montagna/pendenza. Tuttavia studi precedenti hanno riportato che l’oscillazione del corpo aumentava proporzionalmente allo sviluppo della fatica quando i soggetti correvano su un tapis roulant (39). Al contrario Bryanton e Bilodeau (40) hanno osservato che il movimento della CoP ha iniziato ad aumentare ma si è stabilizzato o forse è addirittura diminuito durante il loro protocollo di fatica, consistente in un esercizio sit-stand. Non è noto come ripetute fasi di sci ad alta intensità durante la sessione di allenamento/giornata sugli sci influenzino il controllo posturale. Per ricerche future l’effetto di ulteriore affaticamento ripetitivo dovrebbe essere esaminato per chiarire cosa ci si aspetta che accada con la stabilità posturale in una tipica giornata di sci, composta da più discese consecutive.

La principale limitazione di questo studio è stata probabilmente che simulava lo sci e non veniva condotto durante lo sci sulla neve. D’altra parte, in questo modo, l’esperimento è stato notevolmente più controllato. Inoltre, la fatica forzata, applicata in questo studio, rappresenterebbe molto probabilmente un alto rischio di lesioni durante gli esperimenti se dovesse essere eseguita nello sci reale. Indubbiamente tali misurazioni dovrebbero essere eseguite in situazioni per ridurre al minimo il rischio di lesioni, e questo è stato fornito dalla simulazione della fatica e dello sci in laboratorio. La ricerca futura che includa una fatica meno forte (per ridurre il rischio di lesioni durante l’esperimento) ma ripetitiva, seguita da un periodo di recupero, chiarirebbe ulteriormente gli effetti della vera fatica riportata dalla sciata sull’equilibrio e sulla stabilità dell’articolazione del ginocchio.

Conclusioni

Il presente studio ha mostrato che l’articolazione del ginocchio si adatta allo stato di affaticamento con un aumento dell’abduzione/valgismo del ginocchio, con l’effetto che è più forte con gli sci larghi. Inoltre anche il bilanciamento è apparso in decremento con la fatica utilizzando entrambe le larghezze degli sci. L’effetto di ostacolo all’equilibrio è stato più pronunciato con gli sci stretti. Tuttavia i parametri di stabilità che si sono dimostrati peggiori anche prima della fatica in relazione agli sci larghi, rispetto a quelli stretti si sono ulteriormente deteriorati nello stato di fatica e sono rimasti peggiori, rispetto agli sci stretti per tutto il tempo dopo gli esperimenti di fatica. Lo studio chiarisce il fatto che la fatica è un fattore di rischio di infortunio nello sci (6,7) da un ulteriore punto di vista ed espone l’ulteriore rischio di usare sci con una grande larghezza del centro specialmente su superfici ghiacciate, come simulato nello studio. Considerando la fatica e la larghezza del centro dello sci legate al decremento dell’equilibrio, è ovvio che aumenta il rischio di lesioni per tutto il corpo e non solo per l’articolazione del ginocchio. Più specificamente sono stati suggeriti i possibili meccanismi di lesione acuta e cronica dell’articolazione del ginocchio. La tensione del legamento collaterale mediale e la distribuzione irregolare della pressione articolare durante la rotazione nello stato di affaticamento sono potenziali fattori di rischio di lesioni biomeccaniche. Di conseguenza oltre a usare sci con una larghezza centrale più stretta, si potrebbe anche suggerire di interrompere regolarmente le discese/discese “lunghe” con pause sufficientemente lunghe per ridurre il rischio di lesioni.

Tratto da: Zorko M., Hirsch K., Šarabon N. and Supej M. The Influence of Ski Waist-Width and Fatigue on Knee-Joint Stability and Skier’s Balance, Applied Sciences 2020, 10(21), 7766; https://doi.org/10.3390/app10217766 Received: 23 September 2020 / Revised: 22 October 2020 / Accepted: 30 October 2020 / Published: 3 November 2020

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