Abstract
Background
After anterior cruciate ligament reconstruction (ACLR), patients have been found to
have
reduced plantar sensation, which may result in reduced afferent input to the central
nervous
system and thus contribute to motor deficits. Textured surfaces are thought to have
a
beneficial neurosensory effect. The aim of this cross-sectional study was to compare
plantar
sensation and leg muscle activity while stepping on different textured surfaces between
patients after ACLR and healthy controls.
Methods
Plantar cutaneous thresholds to light touch were measured in 10 patients at least
6
months after ACLR and in 10 healthy controls. Patients or controls were asked to step
forward on the centre of a force plate with the affected (ACLR) or randomly assigned
(healthy controls) leg and maintain the single-legged stance for 10 seconds (floor
condition). They were instructed to perform the same task on a balance board with
a textured
surface, the same balance board with a smooth surface, and a balance pad in random
order.
Muscle activity of four leg muscles was recorded using surface electromyography. The
significance of differences in plantar sensation and mean muscle activity within three
time
frames between and within ACLR patients and healthy controls was analysed using
non-parametric statistical tests with Bonferroni correction (p < 0.05).
Results
There were no significant differences between patients with ACLR and healthy controls
in
plantar sensation and muscle activity for all unstable surface conditions (p > 0.05). Friedman tests revealed significant differences in the
activities of all muscles between surface conditions at the first peak of the vertical
ground reaction force (vGRF) after the rapid increase in the force-time curve (transition
from early lifting phase to late lifting phase) within both groups (p < 0.01). Post-hoc Wilcoxon signed-rank tests showed significantly altered
activity for most muscles between the smooth and textured balance board conditions
only at
the first vGRF peak (p ≤ 0.01) in both patients and healthy
controls.
Conclusion
Although plantar sensation and muscle activity did not differ between patients with
ACLR
and healthy controls, altered muscle activity in both groups, especially during the
transition from the early to the late lifting phase of stepping on a textured unstable
surface, may indicate an acute change in the afferent input of plantar mechanoreceptors
in
response to the surface stimulus. In addition, it may indicate an acute change in
motor
output caused by a beneficial neurosensory effect. This effect should be considered
with
caution due to the small sample size.
Zusammenfassung
Hintergrund
Nach einer vorderen Kreuzbandrekonstruktion (ACLR) können Patienten eine verminderte
Sensibilität der Fußsohle aufweisen, was zu einem verminderten afferenten Input an
das
zentrale Nervensystem führen und somit zu motorischen Defiziten beitragen kann. Es
wird
angenommen, dass strukturierte Oberflächen einen positiven neurosensorischen Effekt
haben.
Das Ziel dieser Querschnittsstudie war es, die Sensibilität der Fußsohle und die Aktivität
der Beinmuskulatur während eines Schrittes auf verschiedene strukturierte Oberflächen
zwischen Patienten nach ACLR und gesunden Kontrollpersonen zu vergleichen.
Methoden
Die kutanen Berührungsschwellen der Fußsohle wurden bei 10 Patienten, mindestens 6
Monate nach einer ACLR, und bei 10 gesunden Kontrollpersonen gemessen. Die Patienten
bzw.
Kontrollpersonen wurden gebeten, mit dem betroffenen Bein (ACLR) bzw. mit dem zufällig
zugewiesenen Bein (gesunde Kontrollpersonen) einen Schritt vorwärts auf die Mitte
einer
Kraftmessplatte zu machen und diese einbeinige Position 10 s lang zu halten
(Bodenbedingung). Die gleiche Aufgabe wurde auf einem Balance Board mit strukturierter
Oberfläche, auf einem Balance Board mit glatter Oberfläche und auf einem Balance Pad
in
zufälliger Reihenfolge durchgeführt. Die Muskelaktivität von 4 Beinmuskeln wurde mittels
Oberflächenelektromyografie aufgezeichnet. Die Signifikanz der Unterschiede in der
plantaren
Sensibilität und der mittleren Muskelaktivität zwischen den ACLR-Patienten und den
gesunden
Kontrollpersonen über 3 Zeiträume wurde mittels nicht parametrischer statistischer
Tests mit
Bonferroni-Korrektur analysiert (p < 0,05).
Ergebnisse
Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den ACLR-Patienten und den gesunden
Kontrollpersonen in Bezug auf die plantare Sensibilität und die Muskelaktivität für
alle
instabilen Oberflächenbedingungen (p > 0,05). Friedman-Tests
zeigten signifikante Unterschiede in der Aktivität aller Muskeln zwischen den
Oberflächenbedingungen beim 1. Peak der vertikalen Bodenreaktionskraft (vGRF) nach
dem
rapiden Anstieg der Kraft-Zeit-Kurve (Übergang von der frühen zur späten Hebephase)
innerhalb beider Gruppen (p < 0,01).
Post-hoc-Wilcoxon-Signed-Rank-Tests zeigten sowohl bei Patienten als auch bei gesunden
Kontrollpersonen signifikante Unterschiede in der Aktivität der meisten Muskeln zwischen
den
glatten und strukturierten Balance-Board-Bedingungen nur beim 1. vGRF-Peak (p ≤ 0,01).
Schlussfolgerung
Obwohl sich die Fußsensibilität und die Muskelaktivität zwischen Patienten mit ACLR
und
gesunden Kontrollpersonen nicht unterschieden, könnte die veränderte Muskelaktivität
in
beiden Gruppen, insbesondere während des Übergangs von der frühen zur späten Hebephase
beim
Schritt auf eine strukturierte, instabile Oberfläche, auf eine akute Veränderung des
afferenten Inputs der plantaren Mechanorezeptoren als Reaktion auf den Oberflächenreiz
hinweisen. Darüber hinaus könnte dies auf eine akute Veränderung der motorischen Leistung
hinweisen, die durch einen positiven neurosensorischen Effekt verursacht wird. Dieser
Effekt
ist aufgrund der geringen Stichprobengröße mit Vorsicht zu betrachten.
Keywords knee injury - somatosensation - electromyography - balance board - texture
Schlüsselwörter Knieverletzung - Somatosensorik - Elektromyografie - Balance Board - Oberflächenstruktur
