Effetti delle FV sulla forza muscolare

In linea generale, gli studi inclusi nella revisione suggeriscono che i soggetti trattati con VF vanno incontro un miglioramento significativo della forza muscolare. In due studi [19,32], quattro settimane di training vibratorio determinavano un significativo aumento delle forza muscolare nelle prove isometriche rispetto ai controlli. Due studi[26,33] di stimolazione singola mostravano un incremento acuto della MVIC mentre tutti gli studi che hanno utilizzato protocolli di stimolazione ripetuta mostravano un mantenimento a lungo termine del miglioramento della perfomance motoria[19,25,34,36].

43

Studio Soggetti Età

Disegno dello studio Gruppi Attività svolta dai controlli Parametri

FV Misure di Outcome Conclusioni

Couto BP. et al. (2012) [32] 55 M Non allenati 26.2±4.3 Trial randomizzato controllato 1:lavoro isometrico (n=13) 2:FV 8Hz + isometric (n=14) 3:FV 26Hz + isometric (n=14) 4:controllo (n=14) nessuna Freq.(Hz):8, 26 Tempo: 6 sec. Durata: 4 sett. MVC,SJ, CMJ, salti verticali, corsa veloce 4 sett. di training isometrico e FV a 8 e 26 Hz aumentano MCV, SJ e CMJ. Non differenze tra 8-26

Hz Otadi K. et al. (2019)[33] 30 M Non allenati 21±9 Trial randomizzato controllato 1:F a 30 Hz (n=15) 2: FV placebo (n=15) nessuna Freq.(Hz):30 Tempo: 2 min. Singola applicazione MVC L’applicazione di FV a 30 Hz mostra un incremento acuto del

picco di forza del quadricipite ed un aumento del tempo

per raggiungere la fatica muscolare Pamukoff DN. et al. (2014) [26] 9 M/11 F Motoriamente attivi 20.4±1.4 Misure ripetute, crossover trial 1:FV 30Hz+ isometric (n=20) 2:FV 60Hz+ isometric (n=20) 3: no FV (n=20) Stesso tipo di esercizio, ma senza FV Freq.(Hz):30,60 Tempo:6 min. Singola applicazione MVIC L’applicazione di FV a 30 Hz mostra un incremento acuto del

picco di forza del quadricipite. Mancata risposta a 60 Hz Fattorini L. et al. (2006)[25] 15 M/ 6 F Livello di attività non specificato 31±2.4 Osservazionale, controllato, misurazioni pre -test post-test

1:FV muscolo contratto (n=7) 2:FV muscolo rilassato (n=7) 3:controllo (n=7) nessuna Freq.(Hz):100 Tempo: 10 min. Durata: 3 gg. Contrazione isometrica, isotonica ed isocinetica Test isometrico:incremento FD gruppo 1.

Test isotonico: gruppo 1 ha incrementato il n. di ripetizioni di estensione della gamba. Test isocinetico:riduzione del tempo di raggiungimento del picco di forza nel gruppo 1

44

Studio Età Disegno dello _studio Gruppi Attività svolta dai

controlli

Parametri

FV Misure di Outcome Conclusioni

Brunetti O. et al. (2009)[34] 22.7±3 Trial randomizzato controllato, doppio cieco 1:FV muscolo contratto (n=6) 2:FV muscolo rilassato (n=6) 3:FV placebo (n=6) Vibrazione sham Freq.(Hz):100 Tempo:10 min. Durata: 3 gg. Esplosività e reattività degli arti

inferiori

Nel gruppo 1, la FV a 100 ha incrementato la forza esplosiva e reattiva delle gambe

fino a 240 gg. dopo l’intervento Saggini R. et al. (2006)[35] 18-55 Studio osservato controllato 1: FV muscolo contratto 2: rinforzo muscolare, no FV protocollo di rinforzo muscolare Frequ(Hz):100 Durata: 10 gg. Test isocinetico al dinamometro Nel gruppo 1, FV a 100Hz ha incrementato l’espressione di forza del muscolo e il lavoro totale compiuto Iodice P. et al. (2011)[19] 21.5±1.05 Trial randomizzato controllato 1:FV muscolo rilassato (n=18) 2:rinforzo muscolare (n=18) 3:controlli (n=18) Nessuna attività Freq.(Hz):300 Tempo: 30 min. Durata: 4 sett. MVIC quadricipite e test isocinetico Nel gruppo 1 aumento della MVIC, aumento del picco di forza mantenuto a 4 settimane Feltroni L. et al. (2018)[36] 27.6±1.06 Trial randomizzato controllato 1:FV (300 Hz) muscolo rilassato 2:FV (80Hz) muscolo rilassato 3:no FV Nessuna attività Freq.(Hz):80,300 Tempo: 30 min. Durata: 5 gg. MVIC al dinamometro FV a 80 e 300 Hz aumenta la forza muscolare rispetto ai controlli. No differenze tra le 2 frequenze

Tabella 1: tabella riassuntiva degli studi utilizzati nella review (M = Maschi, F = Femmine, MVC = Massima contrazione volontaria , SJ = Squat jump,

45

7. Discussione

Gli studi inclusi nella nostra revisione della letteratura hanno analizzato gli effetti delle FV sul training di rinforzo del quadricipite femorale nei soggetti sani. In linea generale, i risultati degli studi analizzati suggeriscono che il trattamento con FV consente di ottenere un miglioramento significativo della performance di forza del quadricipite femorale. Le FV rappresentano, inoltre, un trattamento facilmente tollerabile e che richiede sedute di durata contenuta (10-30 min).

Dalla letteratura esaminata si può concludere che a livello del quadricipite femorale, l’applicazione singola di FV provochi un aumento transitorio della forza[26,33]

mentre, l’applicazione ripetuta, con protocolli di allenamento di 3-4 giorni alla settimana per 2-4 settimane, sarebbe in grado di produrre un miglioramento della espressione di forza muscolare nel lungo termine. Infatti, diversi autori hanno documentato la totale o almeno parziale persistenza del miglioramento della forza muscolare fino a 4-8 settimane dal termine della stimolazione[19,25,35,36]. In uno studio, l’incremento della forza esplosiva e reattiva degli arti inferiori veniva mantenuto fino a 240 giorni dalla conclusione dell’intervento. L’effetto positivo della vibrazione sull’espressione di forza muscolare è riscontrabile in soggetti sani con diversi livelli di allenamento e, come suggerito da uno degli studi inclusi, anche negli atleti professionisti[34].

Il meccanismo fisiopatologico alla base del miglioramento della perfomance motoria è ancora parzialmente sconosciuto. Studi precedenti[27,29] suggeriscono che la FV sia in grado di modificare l’eccitabilità dell’area motoria primaria, sia durante la vibrazione che dopo la fine dello stimolo. È stato ipotizzato che le FV siano in grado di attivare afferenze fusali, potenziando i circuiti neuronali preposti al controllo motorio[27]. In particolare l’applicazione protratta di FV applicata al muscolo, sarebbe in grado di indurre meccanismi di plasticità sinaptica, come la Long Term Potentiation (LTP). Precedentemente[37,38] è stato evidenziato che, l’aumento dell attività EMG e del Picco di Forza, è causato dalla maggior eccitazione dei motoneuroni da parte del FNM, durante l’esposizione a FV. Nonostante le FV siano considerate stimoli altamente selettivi per le afferenze Ia del fuso, il coinvolgimento di diverse strutture recettoriali e nervose non può essere escluso. Secondo lo studio di Fattorini et al.[25] l’incremento dello sviluppo di forza del quadricipite femorale potrebbe essere diretta conseguenza della miglior stabilizzazione dell’articolazione del ginocchio, secondaria al miglioramento dell’elaborazione delle informazioni propriocettive e del controllo motorio.

46 In tutti i protocolli che utilizzavano frequenze vibratorie minori o uguali a 100 Hz la stimolazione veniva applicata in concomitanza alla contrazione isometrica volontaria. Inoltre, in due studi, l’applicazione di vibrazione a 100 Hz sul muscolo contratto, produceva un maggior incremento della forza muscolare rispetto alla stessa stimolazione vibratoria applicata sul muscolo rilassato, suggerendo una maggiore efficacia dei protocolli di vibrazione con contemporanea contrazione isometrica[25,34]. Secondo uno dei due autori [25] la contrazione muscolare volontaria aveva la duplice azione di focalizzare l’attenzione dei soggetti sull’area trattata e di incrementare la “stiffness” muscolare, riducendo lo scarico meccanico delle vibrazioni applicate e permettendo una miglior propagazione delle forze all’interno del muscolo. Contrariamente a quanto visto per la vibrazione a 100Hz, nei 2 studi che utilizzavano alte frequenze di vibrazione (300Hz), queste venivano sempre applicate sul muscolo completamente rilassato, al fine di evitare discomfort per i soggetti esposti e l’instaurarsi di meccanismi lesivi per il muscolo. L’ottimizzazione dei protocolli di vibrazione e in particolare la definizione delle frequenze vibratorie più efficaci nel rinforzo muscolare rimane, ad oggi, particolarmente dibattuta, in quanto un numero limitato di studi ha messo a confronto le diverse frequenze vibratorie nei vari distretti muscolari[39]. Pamukoff et al.[26] hanno riportato che nell’applicazione singola di FV la frequenza di 30 Hz, con contemporanea contrazione isometrica del muscolo, produce effetti migliori della vibrazione a 60 Hz. Lo studio condotto da Feltroni[36], invece, non riscontrava alcuna differenza in termini di efficacia tra la vibrazione a 80 e a 300 Hz su muscolo rilassato.

Questa revisione della letteratura ha incluso un numero limitato di studi, prendendo in esame solo i protocolli di rinforzo muscolare del quadricipite femorale con FV. Questa scelta è stata guidata da precedenti evidenze che ipotizzavano una diversa risposta allo stimolo vibratorio nei vari distretti muscolari, conseguente sia alla diversa densità di meccanocettori vibratori, sia all’anatomia stessa delle vie motorie[40,41]

.

Gli studi che abbiamo incluso presentano numerose limitazioni tra cui il ridotto numero di soggetti arruolati ed il disegno di studio di tipo osservazionale. Solo quattro lavori su otto erano di tipo randomizzato controllato mentre un singolo studio è stato condotto in doppio cieco. L’eterogeneità dei protocolli sperimentali utilizzati rende i risultati difficilmente interpretabili. L’ampio range di età dei soggetti inclusi può avere un importante effetto sull’espressione di forza, che nei soggetti sani, raggiunge il picco tra i 20 e i 30 anni, per poi ridursi successivamente[42]. Analogamente, il diverso livello di allenamento dei soggetti inclusi nei vari studi (atleti professionisti, soggetti sani non allenati, soggetti attivi a livello

47 amatoriale) può influenzare la performance di forza muscolare. Inoltre, non in tutti gli studi è stato eseguito il riscaldamento pre-trattamento che consentirebbe di migliorare l’attivazione dei muscoli coinvolti. Inoltre, sono state utilizzate posizioni differenti sia per il trattamento che per i test, che potrebbero aver inciso sull’aumento del picco di forza. Da notare , infine, l’eterogeneità del sito di applicazione della vibrazione focale che potrebbe influenzare l’attivazione preferenziale di vie recettoriali diverse con conseguenti differenze negli outcome motori.

Future linee di ricerca dovrebbero essere indirizzate a chiarire i meccanismi neurofisiologici alla base del miglioramento della performance motoria indotta dalle vibrazioni. L’ampliamento delle conoscenze sulla risposta biologica alle vibrazioni potrebbe consentire di consolidare l’uso delle FV negli ambiti della medicina riabilitativa e sportiva. Infine, studi clinici randomizzati controllati sono necessari per definire i protocolli più efficaci per il rinforzo muscolare con lo scopo di andare a personalizzare i parametri di stimolazione in base alle caratteristiche specifiche del soggetto da trattare.

48

8. Conclusioni

I risultati della nostra review suggeriscono che l’applicazione di FV è una metodica promettente, utilizzabile nel potenziamento di protocolli tradizionali di rinforzo muscolare negli adulti sani. Questo trattamento è ben tollerato dal soggetto esposto e può essere utilizzato sia da solo che in concomitanza alla contrazione muscolare. Ulteriori studi sono necessari per approfondire questa metodica e definire i protocolli personalizzati più efficaci.

49

9. Bibliografia

1. Castano P., Donato RF., “Anatomia dell’uomo”, Milano, Edi-ermes, 2001.

2. Sherrington CS. et al. “Recruitment and some other factors of reflex inhibition”. Proc

R Soc Lond Ser B. (1925).

3. Grob K. et al. “A newly discovered muscle: The tensor of the vastus intermedius”.

Journal Clinical Anatomy. (2016).

4. Celletti C. et al. “La Vibrazione-Spasticità e Riabilitazione” Collana argomenti di

scienza riabilitativa a cura della SIMFER (2014).

5. Mountcastle VB et al. “Cortical neuronal mechanisms in flutter-vibration studied in unanesthetized monkeys. Neuronal periodicity and frequency discrimination”. J

Neurophysiol. (1969).

6. Levy MN., Koeppen B., Stanton B., “Principles of physiology”, Maryland Heights, Elsevier Mosby, 2005.

7. Bianconi R. et al. “The response to vibration of the end organs of mammalian muscle spindles”. J Neurophysiol. (1963).

8. Bosco C. et al. “Adaptive responses of human skeletal muscle to vibration exposure”. Clin Physiol. (1999).

9. Bosco C. et al. “Influence of vibration on mechanical power and elecrtomyogram activity in human arm flexor muscle”. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. (1999).

10. Bongiovanni LG. et al. “Tonic vibration reflexes elicited during fatigue from maximal voluntary contractions in man”. J Physiol. (1990).

50 11. Cochrane DJ. et al. “Acute whole-body vibration elicits post-activation potentiation”.

Eur J Appl Physiol. (2010).

12. Alam MM. et al. “Effect of whole-body vibration on neuromuscular performance: A literature review”. Work. (2018).

13. Burström L. et al. “Whole-body vibration and the risk of low back pain and sciatica: a systematic review and meta-analysis”. Int. Arch. Occup. Environ. Health 88, 403–418. (2014).

14. Chanou K. et al. “Whole-body vibration and rehabilitation of chronic diseases: a review of the literature”. J. Sports Sci. Med. 11, 187–200 (2012).

15. Bianconi R. et al. “The response to vibration of the end organs of mammalian muscle spinale”. J Neurophysiol. (1963).

16. Tenan MS. “The effect of imperceptible Gaussian tendon vibration on the Hoffmann reflex”. Neurosci Lett. (2019).

17. Brown MC. et al. “The realtive sensitivity to vibration of muscle receptors of the cat”.

J Physiol. (1967).

18. Matthews PBC. “Muscle receptors”. (1972).

19. Iodice P. et al. “Acute and cumulative effects of focused high-frequency vibration to the endocrine system and muscle strength”. Eur J Appl Physiol. (2011).

20. Roll JP. Et al. (1982) “Kinaesthetic role of muscle afferents in man, studied by tendon vibration and microneurography”. Exp Brain Res 47:177–190. (1982).

21. Roll JP et al. “Alteration of proprioceptive messages induced by tendon vibration in man: a microneuro- graphic study”. Exp Brain Res 76:213–222. (1989).

51 22. Aprile G. et al. “Muscle Focal Vibration in Healthy Subjects: Evaluation of the Effects

on Upper Limb Motor Performance Measured Using a Robotic Device”. Eur J Appl Physiol.

(2016).

23. Rosenkranz K. et al. “Differential effects of muscle vibration on intracortical inhibitory circuits in human”. J Physiol. (2003).

24. Rosenkranz K. et al. “The effect of sensory input and attention on the sensorimotor organization of the hand area of the human motor cortex”. J Physiol. (2004).

25. Fattorini L. et al. “Motor performance changes induced by muscle vibration”. Eur J Appl Physiol. (2006).

26. Pamukoff et al. “The acute effects of local muscle vibration frequency on peak torque, rate of torque development, and EMG activity”. J Electromyogr Kinesiol. (2014).

27. Heath CJ. et al. “Inputs from low threshold muscle and cutaneous afferents of hand and forearm to areas 3° and 3b of baboon’s cerebral cortex”. J Physiol. (1976)

28. Hore J. et al. “Responses of cortical neurons (areaa 3a and 4) to ramp stretch of hindlimb muscles in the baboon. J Neurophysiol. (1976).

29. Jhones EG. et al. “What is area 3a?”. Brain Res. (1980).

30. Vojinovic TJ. et al. “Effects of Focal Vibration and Robotic Assistive Therapy on Upper Limb Spasticity in Incomplete Spinal Cord Injury”. IEEE Int Conf Rehabil Robot. (2019).

31. Benetti MG. et al. “Localized muscle vibration reverses quadriceps muscle hypotrophy and improves physical function: a clinical and electrophysiological study”. Int J

Rehabil Res. (2017).

32. Couto BP. et al. “Chronic effects of different frequencies of local vibration”. Int J Sports

52 33. Otadi K. et al. “A Prophylactic Effect of Local Vibration on Quadriceps Muscle Fatigue in

Non-Athletic Males: A Randomized Controlled Trial Study”. J Phys Ther Sci. (2019).

34. Brunetti O. et al. “Focal vibration of quadriceps muscle enhances leg power and decreases knee joint laxity in female volleyball players”. J Sport Med Phys Fitness. (2012).

35. Saggini R. et al. “Lo sviluppo selettivo di forza muscolare nel contest riabilitativo: metodologie a confronto”. Eur Med Phys. (2006).

36. Feltroni L. et al. “ Potentiation of muscle strength by focal vibration stimulation on quadriceps femoris”. G Ital Med Lav Ergon. (2018).

37. Burke D. et al. “The human muscle spindle and its fusimotor control. Neural control of movement”. (1995).

38. Eklund G. et al. “Normal variability of tonic vibration reflex in man”. Exp Neurol. (1966).

39. Alghadir A.H. et al. “Effect of localized vibration on muscle strength in healthy adults: a systematic review”. Physiotherapy. (2018).

40. Lapole et al. “Achilles tendon vibration‐induced changes in plantar flexor corticospinal excitability”. Exp Brain Res. (2015)

41. Proske U “The mammalian muscle spindle”. News Physiol Sci. (1997). 42. Weineck J., “L’allenamento ottimale”, Roma, Calzetti Mariucci, 2009.

53

10. Ringraziamenti

Sono arrivata al termine di un percorso estremamente soddisfacente, ricco di alti e bassi che mi hanno fatto crescere e maturare. In un momento così particolare, dove tutti gli impegni sembravano essere sospesi per cause di forza maggiore, la grinta e la determinazione mi hanno permesso di portare a termine ciò che mi più a cuore.

Ringrazio il professor Chisari per la sua estrema disponibilità e gentilezza. Ringrazio la dottoressa Dalise per aver contribuito alla realizzazione della tesi.

Ringrazio Chiara ed Enrica, due dottoresse speciali, che mi hanno guidato e supportato nella fase più importante del mio percorso accademico. Mi hanno seguito in modo impeccabile, mi hanno dedicato il loro tempo, mi hanno consigliato, mi hanno incoraggiato ed i loro insegnamenti sono stati motivo di crescita per me. Non riuscirò mai a ringraziarvi abbastanza ma voglio che sappiate che sono grata per le attenzioni che mi avete dedicato, perché il tempo è prezioso. Grazie davvero, col cuore.

Ringrazio Bruno e Susanna, i miei genitori, così diversi e così indispensabili. L’ottimismo e la positività di mio padre mi hanno permesso di godere a pieno di questo percorso, col sorriso, perché come ripete spesso “comunque vada sarà sempre un successo” e la determinazione e la sensibilità di mia madre mi hanno permesso di guardare sempre avanti e non scoraggiarmi mai. Siete la mia gioia più grande e spero di continuare a rendervi orgogliosi di me. Io sono felice solo se lo siete anche voi.

Ringrazio Alice, l’amica di sempre, che con il suo sorriso ha rallegrato le giornate più dure e con il suo ottimismo mi ha spronato a raggiungere i traguardi più importanti. Alla fine del tuo braccio troverai per sempre la mia mano. Tu sai.

Ringrazio i miei colleghi, ed in particolare Lorenzo, la mia spalla destra durante tutto il percorso. Siamo stati capaci di sopportarci e supportarci a vicenda, forse più lui ha sopportato me, senza mai perderci d’animo e guardando sempre dritto all’obbiettivo. Grazie perché sei stato un punto di riferimento per me.