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IL PROBLEMA DEGLI ESERCIZI IN CATENA CINETICA APERTA – nella riabilitazione del legamento crociato anteriore (LCA)

Catena Cinetica Aperta LCA
Catena cinetica aperta LCA. Leg Extension.

Pensavamo che questo argomento, fino a qualche anno fa controverso, fosse ormai chiarito. Ritenevamo che i pregiudizi riguardo gli esercizi in catena cinetica aperta (OKC) (nella riabilitazione di LCA) fossero superati e sepolti, ma ci sbagliavamo.

In un percorso riabilitativo post ricostruzione LCA, includere esercizi in catena cinetica aperta e in catena cinetica chiusa (CKC) è vitale.
Prima di spiegare come la pensiamo a riguardo, vorremmo prima offrirvi un excursus su quello che spesso ci sentiamo dire contro l’utilizzo degli esercizi in OKC.

Utilizzare esercizi in OKC è pericoloso nella riabilitazione del crociato anteriore.

Questa è una delle frasi più gettonate dai detrattori degli esercizi in OKC. Il pensiero alla base di questa affermazione è che eseguire degli esercizi in OKC, come la leg extension, eserciti un quantitativo di forze di taglio pericoloso sul legamento crociato provocando un incremento della lassità legamentosa.
Diamo uno sguardo alle forze di taglio sull’LCA durante l’esecuzione di diversi esercizi: in OKC, in CKC, e in alcuni task funzionali che eseguiamo tutti i giorni.

La funzione primaria dell’LCA è quella di limitare la traslazione anteriore della tibia sul femore. Durante il cammino, il picco di forze di taglio in direzione anteriore sul legamento sappiamo essere massima, intorno ai 355N, a circa 16.8 gradi di flessione di ginocchio [1]. Il picco di forze di taglio, invece, durante una leg extension da seduti, in un range di movimento compreso tra 0-90 gradi di flessione di ginocchio, è circa 248N ad una flessione di ginocchio di 14 gradi circa [2].

Catena Cinetica Aperta LCA
Catena Cinetica Aperta LCA

Tipicamente, un fisioterapista comincia la riabilitazione del passo già nelle prime due settimane post chirurgia dell’LCA, ma in molti non iniziano nessun tipo di esercizio in catena cinetica aperta prima delle 6-8 settimane. Se durante un normale ciclo del cammino sono presenti maggiori forze di taglio e quindi maggior carico sull’LCA rispetto ad un esercizio in OKC come la leg extension, perché è presente ancora tutta questa esitazione nel prescrivere questi esercizi, anche in fase precoce, in un programma riabilitativo?

Un altro esercizio comunemente prescritto è lo squat. Durante questo esercizio vi è una quantità simile di forze di taglio nella porzione anteromediale del legamento crociato sia durante lo svolgimento di questo esercizio sia durante l’esecuzione di un esercizio in OKC in cui si esegue una flesso-estensione attiva del ginocchio [3].

Allo stesso modo, durante il Lachman Test, che è eseguito tipicamente dagli ortopedici sul tavolo operatorio subito dopo l’intervento chirurgico, l’LCA subisce circa 150N (poco più di 15 kg) di carico con il ginocchio a circa 30 gradi di flessione, causando circa il 3.5% di forze di taglio sull’LCA [4]. L’esecuzione di un esercizio come la leg extension, eseguita in un ROM tra 0-90 gradi di flessione di ginocchio provoca le maggiori forze di taglio sull’LCA a circa 10 gradi di flessione di ginocchio: ciò porta a uno strain di circa il 2.8% sull’LCA se l’esercizio è eseguito senza carichi e solo un 3.8% con circa 5kg di carico [5].
Se siamo tutti a nostro agio nell’eseguire il Lachman test nelle prime settimane post-operatorie, perché non dovremmo esserlo quando prescriviamo degli esercizi in OKC tipo la leg extension se ormai è arci noto che entrambe le manovre sottopongono l’LCA alle medesime forze di taglio?

Catena Cinetica Aperta LCA
Catena Cinetica Aperta LCA

E’ stato dimostrato che un LCA nativo può sopportare fino a 2000N di carico [6]. Durante un esercizio isocinetico di flesso estensione di ginocchio, il carico totale sopportato dall’LCA ad una velocità di circa 60 gradi al secondo a circa 35-40 gradi di flessione è di 349N [7].
Detto questo, pensiamo nessuno si sogni minimamente di mettere una persona nei primi giorni post-operatori sulla leg extension e fargli eseguire un esercizio isocinetico ad una velocità di 60 gradi al secondo con ROM 0-90 gradi di flessione di ginocchio.
Sarà un tipo di esercizio che verrà introdotto nelle fasi successive della riabilitazione.

Tutto ciò per dire che, anche durante l’esecuzione degli esercizi in OKC, il carico totale che l’LCA deve sopportare è veramente minore rispetto alle sue reali capacità.
Complessivamente quindi, né gli esercizi in OKC né quelli in CKC comunemente prescritti durante la riabilitazione dell’LCA causano stress eccessivo sul legamento crociato. Il maggior stress, infatti, è prodotto quando il ginocchio è flesso tra i 10 e i 30 gradi, mentre non vi sono quasi forze di taglio ad angoli maggiori di 60 gradi [8].

Durante un esercizio in OKC l’LCA deve sopportare un carico maggiore all’aumentare della resistenza esterna e in base alla sua applicazione durante l’esecuzione: questa forza tensile risulta il doppio quando la resistenza esterna è applicata alle caviglie rispetto che al terzo medio della tibia [9]. Ciò significa, essenzialmente, che come tutti gli esercizi che prescriviamo, anche quelli che adottiamo durante la riabilitazione del legamento crociato andrebbero gradualmente progrediti, usando quei principi che un fisioterapista dovrebbe conoscere come base quotidiana del suo lavoro.

In aggiunta a quanto detto, anche una recente review sistematica della letteratura ha mostrato come non vi sia differenza in termini di lassità legamentosa al ginocchio tra quei pazienti che utilizzano esercizi in OKC e quelli che non lo fanno [10,11].

Visto che il legamento crociato anteriore riceve un carico paragonabile sia durante gli esercizi in OKC che quelli in CKC e visto che non vi è differenza di lassità al ginocchio tra chi esegue le due categorie di esercizi, possiamo finalmente mettere nel cassetto il mito che gli esercizi OKC siano in qualche modo pericolosi o dannosi per il legamento crociato anteriore?

Gli esercizi in catena cinetica aperta non sono funzionali.

Dobbiamo ammettere che non capiamo molto bene cosa si intenda con il termine “funzionale” in riabilitazione e/o nell’allenamento di performance. Siamo arrivati al punto che stare in equilibrio su una palla sia funzionale, mentre allenare i quadricipiti non lo è.

La funzione di un esercizio come l’estensione di ginocchio da seduti (tipicamente la leg extension) è quella di allenare la forza del muscolo quadricipite. Avere dei quadricipiti forti è essenziale per un atleta se vuol essere in grado di decelerare, arrestarsi, cambiare direzione.
Potremmo allenare questi movimenti tutto il giorno, ma se un atleta non possiede i prerequisiti legati alla forza per far fronte a tali richieste, non sarà mai in grado di eseguire in maniera efficiente e performante questi movimenti.
Inoltre, svilupperà tutta una serie di compensi inter ed intra arto inferiore come risultato di quegli allenamenti che non aveva la capacità di eseguire in modo ottimale.

Il livello di forza del quadricipite è uno dei migliori predittori di un secondo infortunio al legamento crociato anteriore.

E’ noto, infatti, che per ogni 1% di incremento nell’indice di simmetria della forza (Limb Simmetry Index) tra i due quadricipiti, vi è un 3% di riduzione del rischio di re-infortunio [12].

Se esistesse un esercizio che isolasse il quadricipite e fosse in grado di migliorare la sua capacità di reggere il carico e di generare forza, non sarebbe cosa buona e giusta prescrivere questo tipo di esercizio? Ma esiste già questo tipo di esercizio ed è esattamente la funzione che svolge la leg extension!

Uno degli obiettivi principali nella riabilitazione post chirurgia di LCA è quello di far sì che il quadricipite dell’atleta ritorni forte come prima, e gli esercizi in catena cinetica aperta ci aiutano a raggiungere questo target.
Facendo solo esercizi in CKC posso allenare il quadricipite allo stesso modo?
No, mi dispiace. Non puoi. Non dopo una prima ricostruzione chirurgica di LCA.

Diversi studi hanno messo in luce come i pazienti che eseguono esercizi in OKC hanno significativamente più forza misurata agli estensori di ginocchio al follow-up dei pazienti che eseguono solo esercizi in CKC [13,14].
Certo, i front squat, i goblet squat, gli affondi, gli step down, gli stacchi, la trap bar, sono tutti esercizi che allenano il quadricipite, ma questi esercizi notoriamente più complessi, multi-articolari, possono offrire il vantaggio per il paziente di poter mettere in atto dei compensi.

Catena Cinetica Aperta LCA
Catena Cinetica Aperta LCA

Infatti, già tra i 3 e i 5 mesi post chirurgia, eseguire un semplice squat con il solo peso del proprio corpo potrebbe venire eseguito con un compenso significativo tra i due arti inferiori. Un atleta potrebbe non caricare sul ginocchio operato e spostare tutto il carico sull’anca e sulla caviglia omolaterale [15]. Il reale problema è che noi fisioterapisti potremmo non essere in grado di vedere questo compenso motorio senza l’ausilio di analisi cinetiche e cinematiche.

In altre parole, basarsi solo sugli esercizi in CKC, multi-articolari o “funzionali”, potrebbe non essere sufficiente per caricare il quadricipite, non in maniera adeguata come si è soliti pensare; anche se ci dovesse sembrare che i nostri pazienti/atleti stiano eseguendo questi esercizi in maniera perfetta.
In aggiunta, il meccanismo principale di un secondo infortunio all’LCA è quello di adottare delle strategie motorie basate su movimenti di atterraggio, cambio di direzione, sprint, definite “hip dominant” (anca dominanti) con ginocchio maggiormente esteso durante la loro esecuzione. Se non alleniamo il quadricipite in maniera adeguata per permettere al ginocchio di poter sopportare le forze che si sviluppano durante l’esecuzione di questi task, potenzialmente questa strategia “hip dominant” potrebbe perpetuarsi anche una volta che il nostro atleta sia tornato in campo.

Per darvi uno sguardo d’insieme proviamo a illustrarvi come cerchiamo di gestire noi di PtT un atleta che si presenti alla nostra attenzione post chirurgia LCA.

Dopo avere fatto una anamnesi completa e prese le informazioni/misure più rilevanti, facciamo eseguire al nostro paziente alcuni squat, affondi o altri movimenti compound, qualche minuto in bicicletta e infine gli facciamo eseguire qualche esercizio di andatura del cammino per osservare come deambula e si muove (tutto ciò dipende sempre dalla storia degli infortuni precedenti e dalla sua storia medica).

Quindi, facciamo mettere il nostro paziente seduto sul lettino e gli facciamo eseguire alcune estensioni di ginocchio in OKC. Il livello di entrata a cui facciamo eseguire questo task dipende dal soggetto, dalla sua storia chirurgica, dal tipo di graft e da tutti gli altri infortuni avuti.
Potrebbe essere semplicemente eseguire un test resistito contro resistenza manuale in isometrica a circa 60 gradi di flessione di ginocchio. Oppure, una flesso-estensione attiva di ginocchio eseguita su tutto l’arco di movimento disponibile.

Personalmente, raramente aggiungiamo altro carico che non sia una resistenza manuale nelle prime 2-4 settimane post intervento chirurgico, non perché abbiamo timore di danneggiare l’impianto legamentoso, ma perché sappiamo quanto sia importante la gradualità nella progressione degli esercizi.
Ed è la stessa ragione per cui non mettiamo un bilanciere sulle spalle dei nostri pazienti appena sono in grado di eseguire un buono squat la prima volta subito dopo la chirurgia, perché dobbiamo dare il tempo al nostro paziente di adeguarsi al carico gradualmente.

Qui di seguito una progressione in OKC per l’estensione di ginocchio che usiamo come linea guida. Come già detto, cerchiamo di individuare a che punto sia il nostro paziente e quindi progredire con cognizione di causa. Non sempre seguiamo passo a passo questa linea guida e spesso qualche esercizio si sovrappone. Ad esempio, potremmo avere un paziente a cui facciamo eseguire una flessione di ginocchio attiva dai 90 ai 45 gradi di flessione e in aggiunta fargli eseguire una isometrica a 60 gradi di flessione di ginocchio con una resistenza esterna. Ogni individuo è differente, la linea guida più importante dovrebbe essere questa.

Personalmente, raramente aggiungiamo altro carico che non sia una resistenza manuale nelle prime 2-4 settimane post intervento chirurgico, non perché abbiamo timore di danneggiare l’impianto legamentoso, ma perché sappiamo quanto sia importante la gradualità nella progressione degli esercizi.

  • Isometrica a 60 gradi di flessione di ginocchio o ad angoli maggiori
  • Flesso-estensione attiva ad un ROM tra i 90-60 gradi
  • Isometrica a 45 gradi o ad angoli maggiori
  • Flesso-estensione attiva ad un ROM tra i 90-45 gradi
  • Isometrica a 30 gradi di flessione
  • Flesso-estensione attiva ad un ROM tra i 90-30 gradi
  • Flesso-estensione attiva su tutto il ROM disponibile
  • Isometrica a differenti angoli su tutto il ROM disponibile
  • Estensione di ginocchio con sovraccarico posto a livello del terzo medio della tibia
  • Estensione di ginocchio con sovraccarico posto a livello della caviglia

Un principio che regola questa progressione è che non sono quasi presenti forze di taglio sul neo-legamento ad angoli superiori dei 60 gradi di flessione di ginocchio e di conseguenza andiamo a far lavorare il nostro paziente e il suo quadricipite in quel range di movimento.
Più ci avviciniamo verso l’estensione di ginocchio, più aumentano le forze di taglio sull’LCA e quindi gradualmente dobbiamo far sì che il legamento crociato possa sopportare le forze di taglio.

Un sovraccarico posto a livello del terzo medio della tibia produce forze tensili sul neo-legamento significativamente minori rispetto al posizionarlo a livello delle caviglie; quindi, solitamente, introdurremo una resistenza prima alla tibia poi a livello della caviglia.

Questo è quello che noi cerchiamo di fare quotidianamente con i nostri pazienti, cercando di creare delle progressioni graduali ed evitando dei salti di carico eccessivi all’interno della progressione stessa.
Una volta che il nostro paziente è in grado di effettuare un esercizio in OKC a ROM completo con un sovraccarico alla caviglia, continueremo la nostra progressione aumentandone l’intensità. Questo potrà avvenire manipolando le variabili velocità, carico o tempo dell’esercizio.

Un’altra variante che ci piace inserire, soprattutto con atleti, all’interno dei nostri programmi riabilitativi e in particolare durante l’esecuzione della leg extension sin dalle primissime fasi iniziali fino alle fasi più avanzate è l’uso di un metronomo.
Utilizziamo questo accorgimento per far sì che l’atleta esegua un gesto motorio guidato da qualcosa di esterno rispetto a sé stesso.
Il paziente sarà obbligato a muoversi in relazione ad uno stimolo esterno. Questo sarà ancora più importante verso le fasi finali della riabilitazione quando l’atleta sarà chiamato ad eseguire un task motorio come reazione a quanto sta accadendo intorno a lui durante lo sport che pratica.
La neuroplasticità sta acquisendo sempre più importanza anche nella riabilitazione del legamento crociato e sarà uno dei topic più importanti dei prossimi anni.

DUE PAROLE RIGUARDO IL TIPO DI IMPIANTO.

Se l’atleta/paziente con cui stiamo lavorando ha avuto un trapianto dagli hamstring, saremo leggermente più conservativi inizialmente rispetto a quel paziente che ha avuto un impianto dal tendine rotuleo.
Questo perché l’impianto con tendine dagli hamstring necessita di un po’ di tempo in più per “legamentizzare” in maniera ottimale.

Questo non significa che non faremo nessun esercizio in OKC prima delle 8-12 settimane post chirurgia, ma semplicemente che prima di questo termine saremo più conservativi nel graduare la progressione dei carichi. Nel caso in cui il nostro paziente abbia ricevuto un trapianto allograft, saremo ancora più prudenti nella progressione degli esercizi in OKC.

Comunque sia, 9 volte su 10, prescriviamo esercizi in OKC per l’estensione di ginocchio sin dalla prima visita in cui vediamo un paziente post ricostruzione di crociato anteriore.

In definitiva, non vi è nessuna ragione per non includere gli esercizi in catena cinetica aperta nella riabilitazione post chirurgica del legamento crociato anteriore.

Un paziente che esegue questi esercizi (sotto supervisione e/o prescrizione corretta) non mette a repentaglio l’impianto e non incrementerà la lassità legamentosa ma, al contrario, avrà giovamenti in termini di forza e di ipertrofia del proprio quadricipite.
Come qualunque altro tipo di esercizio, dovremo costruire una progressione di carico anche per gli esercizi in OKC basandoci sul carico totale che il nuovo legamento sarà in grado di sopportare.

Bibliografia:

1. Nagura T, Matsumoto H, Kiriyama Y, Chaudhari A, Andriacchi TP. Tibiofemoral Joint Contact Force in Deep Knee Flexion and Its Consideration in Knee Osteoarthritis and Joint Replacement. Journal of Applied Biomechanics. 2006;22(4):305-313. doi:10.1123/jab.22.4.305

2. Wilk KE, Andrews JR. The Effects of Pad Placement and Angular Velocity on Tibial Displacement during Isokinetic Exercise. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 1993;17(1):24-30. doi:10.2519/jospt.1993.17.1.24

3. Beynnon BD, Johnson RJ, Fleming BC, Stankewich CJ, Renström PA, Nichols CE. The Strain Behavior of the Anterior Cruciate Ligament During Squatting and Active Flexion-Extension. The American Journal of Sports Medicine. 1997;25(6):823-829. doi:10.1177/036354659702500616

4. Fleming BC, Beynnon BD, Renstrom PA, Peura GD, Nichols CE, Johnson RJ. The Strain Behavior of the Anterior Cruciate Ligament During Bicycling. The American Journal of Sports Medicine. 1998;26(1):109-118. doi:10.1177/03635465980260010301

5. Beynnon BD, Fleming BC, Johnson RJ, Nichols CE, Renström PA, Pope MH. Anterior Cruciate Ligament Strain Behavior During Rehabilitation Exercises In Vivo. The American Journal of Sports Medicine. 1995;23(1):24-34. doi:10.1177/036354659502300105

6. Woo SL-Y, -Y. Woo SL, Marcus Hollis J, Adams DJ, Lyon RM, Takai S. Tensile properties of the human femur-anterior cruciate ligament-tibia complex. The American Journal of Sports Medicine. 1991;19(3):217-225. doi:10.1177/036354659101900303

7. Toutoungi DE, Lu TW, Leardini A, Catani F, O’Connor JJ. Cruciate ligament forces in the human knee during rehabilitation exercises. Clinical Biomechanics. 2000;15(3):176-187. doi:10.1016/s0268-0033(99)00063-7

8. Escamilla RF, Macleod TD, Wilk KE, Paulos L, Andrews JR. Anterior cruciate ligament strain and tensile forces for weight-bearing and non-weight-bearing exercises: a guide to exercise selection. J Orthop Sports Phys Ther. 2012;42(3):208-220.

9. Pandy MG, Shelburne KB. Dependence of cruciate-ligament loading on muscle forces and external load. J Biomech. 1997;30(10):1015-1024.

10. Glass R, Waddell J, Hoogenboom B. The Effects of Open versus Closed Kinetic Chain Exercises on Patients with ACL Deficient or Reconstructed Knees: A Systematic Review. N Am J Sports Phys Ther. 2010;5(2):74-84.

11. Jewiss D, Ostman C, Smart N. Open versus Closed Kinetic Chain Exercises following an Anterior Cruciate Ligament Reconstruction: A Systematic Review and Meta-Analysis. Journal of Sports Medicine. 2017;2017:1-10. doi:10.1155/2017/4721548

12. Grindem H, Snyder-Mackler L, Moksnes H, Engebretsen L, Risberg MA. Simple decision rules can reduce reinjury risk by 84% after ACL reconstruction: the Delaware-Oslo ACL cohort study. British Journal of Sports Medicine. 2016;50(13):804-808. doi:10.1136/bjsports-2016-096031

13. Mikkelsen C, Werner S, Eriksson E. Closed kinetic chain alone compared to combined open and closed kinetic chain exercises for quadriceps strengthening after anterior cruciate ligament reconstruction with respect to return to sports: a prospective matched follow-up study. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2000;8(6):337-342. doi:10.1007/s001670000143

14. Tagesson S, Oberg B, Good L, Kvist J. A comprehensive rehabilitation program with quadriceps strengthening in closed versus open kinetic chain exercise in patients with anterior cruciate ligament deficiency: a randomized clinical trial evaluating dynamic tibial translation and muscle function. Am J Sports Med. 2008;36(2):298-307.

15. Sigward SM, Chan M-SM, Lin PE, Almansouri SY, Pratt KA. Compensatory Strategies That Reduce Knee Extensor Demand During a Bilateral Squat Change From 3 to 5 Months Following Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. J Orthop Sports Phys Ther. 2018;48(9):713-718.

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