Διαχρονικές μεταβολές της μηχανικής του αχιλλείου τένοντα σε παιδιά προεφηβικής και εφηβικής ηλικίας

Abstract

An important time in human physical maturation is the age of the fastest growth in height, termed Peak Height Velocity (PHV). Body mass and muscle strength increase rapidly during the adolescent growth spurt, inducing a greater mechanical load on the Achilles tendon (AT). This longitudinal study aims to investigate the changes of AT morphological and mechanical properties and to interpret the mechanisms that cause these changes during PHV.The first goal was to quantify the relationships between body mass, peak muscle force (strength), maturation and sex with AT mechanical properties including stiffness, Young’s modulus, stress and strain, and comparing adaptation patterns between boys and girls during adolescence. The second goal was to characterize the effects of maturation and sports participation on motor control and the mechanical and morphological properties of the Achilles tendon around the age of PHV. The third goal was to investigate the adaptation of AT in three different angular positions of the ankle (-15o, 0o, and +15o) during isometric plantar flexion and to determine the importance of the effects of sex and sports participation on AT mechanical properties during pre-adolescent and adolescent development.Forty-one participants (20 boys: 12.6 ± 0.4 years, 48.7 ± 7.2 kg, and 157.6 ± 5.1 cm; 21 girls: 10.6 ± 0.5 years, 36.6 ± 6.8 kg, and 146.4 ± 8.1 cm) were found to be close to the age of PHV. Participants' anthropometric characteristics and the AT morphological, mechanical properties were measured in each of three studies. Participants were randomly tested for 18 months in the same measurements under similar conditions every 6 mo and performed ramp isometric plantarflexions at three ankle angular positions (-15o, 0o, and +15o), to measure torque and calculate AT properties.The main findings showed that the more rapid increase before PHV in boys was associated with an increase in force at that time, which may cause adaptations to internal tendon structure, while the increase in body mass was also important in girls but it was not sufficient to change stiffness similarly to boys. A different pattern of adaptation was observed between the two sexes, where the changes in the tendon tissue took place at different times, rates and magnitude. Motor control improves with maturation but not with sport participation in adolescent children. Further, we found that sports participation interacts with maturation and induces unique morphological and mechanical adaptations of the Achilles tendon. Specifically, the AT dimensions were greater in athletes, but most importantly the stiffness increased at a greater rate in athletes than non-athletes while the AT stress increases at a slower rate than non-athletes for a given force. Stiffness at the angle of -15o was observed to be greater than +15ο and 0ο, in boys/girls or athletes-non-athletes. The rate of increase of relative stiffness is higher than the other angles for boys and athletes at -15o. Stiffness also was greater in boys and athletes through maturation stages and ankle angles one year earlier and had lower strain than girls and non-athletes respectively. Specific training imposes differences between boys and girls, in AT relative stiffness at +15o, one year before PHV.These findings are useful for adolescent training planning, minimizing the risk of injury, and improving athletic performance during the PHV period where changes and imbalances in muscle and tendon adaptation are more pronounced.

Μια σημαντική χρονική περίοδος στην ωρίμανση του ανθρώπου είναι η ηλικία της μέγιστης ταχύτητας αύξησης του ύψους (ΜΤΑΥ) όπου η μάζα σώματος και η μυϊκή δύναμη αυξάνονται σημαντικά, γεγονός που οδηγεί σε μεγαλύτερη μηχανική φόρτιση των τενόντων. Σκοπός της παρούσας διαχρονικής έρευνας ήταν η καταγραφή των αλλαγών στις μορφολογικές και μηχανικές ιδιότητες του Αχιλλείου τένοντα (ΑΤ) και η ερμηνεία των μηχανισμών που προκαλούν τις αλλαγές αυτές γύρω από την ηλικία της ΜΤΑΥ.Πρώτος στόχος ήταν η μέτρηση του βαθμού συσχέτισης μεταξύ της μέγιστης μυϊκής δύναμης, της μάζας σώματος και της ωρίμανσης στις μηχανικές ιδιότητες του ΑΤ (σκληρότητα, μέτρο ελαστικότητας, ποσοστιαία διάταση και πίεση) και η σύγκριση των μοτίβων προσαρμογής μεταξύ αγοριών και κοριτσιών κατά την εφηβεία. Ο δεύτερος στόχος ήταν να απαντηθεί το ερώτημα αν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ της συμμετοχής στην άθληση και της ωρίμανσης και αν έχουν επίδραση πάνω στην ικανότητα ελέγχου της κίνησης και στις αλλαγές των μηχανικών/μορφολογικών ιδιοτήτων του ΑΤ γύρω από την ΜΤΑΥ. Ο τρίτος στόχος ήταν να προσδιοριστεί η επίδραση του διαφορετικού μήκους του μυοτενόντιου συστήματος (ΜΤΣ) της ποδοκνημικής άρθρωσης σε τρείς γωνιακές θέσεις, σε συνάρτηση με το φύλο και τη συμμετοχής στην άθληση, πάνω στις διαχρονικές προσαρμογές του ΑΤ κατά τη διάρκεια της προ-εφηβικής και εφηβικής ανάπτυξης.Πήραν μέρος 41 συμμετέχοντες που βρισκόταν σε ηλικία κοντά στη ΜΤΑΥ ηλικίας 9- 14 ετών, 20 αγόρια και 21 κορίτσια και οι 22 ήταν αθλητές ενώ οι 19 μη αθλητές. Στις τρεις έρευνες που πραγματοποιήθηκαν μετρήθηκαν τα ανθρωπομετρικά χαρακτηριστικά των συμμετεχόντων και οι μορφολογικές, μηχανικές ιδιότητες του ΑΤ. Οι συμμετέχοντες εξετάστηκαν σε τυχαία σειρά για 18 μήνες στις ίδιες μετρήσεις υπό παρόμοιες συνθήκες κάθε 6 μήνες, και εκτέλεσαν ισομετρικές πελματιαίες κάμψεις κλιμακούμενης έντασης στις γωνιακές θέσεις -15ο, 0ο και +15ο, για την μέτρηση της ροπής και τον υπολογισμό των ιδιοτήτων του ΑΤ με τη χρήση ισοκινητικού δυναμόμετρου και υπερηχογράφου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι στα αγόρια η αύξηση της σκληρότητας του ΑΤ συσχετίστηκε με την αύξηση της δύναμης, η οποία προκαλεί προσαρμογές στην εσωτερική σύσταση και δομή του ΑΤ ενώ στα κορίτσια οφείλεται επιπρόσθετα στη συνδρομή της αύξησης της μάζας σώματος. Παρατηρήθηκε ένα διαφορετικό μοντέλο προσαρμογής μεταξύ των δύο φύλων, στο οποίο οι αλλαγές στον τενόντιο ιστό έγιναν σε διαφορετικό χρόνο, ρυθμό και μέγεθος. Η ικανότητα ελέγχου της κίνησης βελτιώθηκε με την ωρίμανση τόσο στους αθλητές όσο και στους μη αθλητές, ενώ υπάρχουν ενδείξεις μεγαλύτερης βελτίωσης στους αθλητές. Οι αθλητές είχαν μεγαλύτερη αύξηση της μάζας του σώματος, μέγιστης δύναμης, και διαστάσεις του ΑΤ ενώ ο ρυθμός αύξησης της πίεσης ήταν μικρότερος σε σύγκριση με τους μη αθλητές για δεδομένη δύναμη. Στη γωνία -15ο (θέση ραχιαίας κάμψης) της ποδοκνημικής παρατηρήθηκε μεγαλύτερος ρυθμός μεταβολής και μεγαλύτερη σκληρότητα (απόλυτη και σχετικοποιημένη) στα αγόρια και τους αθλητές. Παρατηρήθηκε διαφορετικός χρονισμός στην εμφάνιση αυτών των αλλαγών, μεταξύ των δύο φύλων και αθλητών–μη αθλητών κυρίως στη γωνία των -15ο. Τέλος, βρέθηκαν ενδείξεις επίδρασης της προπόνησης σε μικρά μήκη του ΜΤΣ, με αποτέλεσμα ο ΑΤ των αθλητών-αγοριών να είναι σκληρότερος από των αθλητών-κοριτσιών για την ίδια δύναμη/μάζα, και ίδιο επίπεδο φυσικής δραστηριότητας, ένα έτος πριν την ΜΤΑΥ. Η γνώση αυτών των ευρημάτων είναι χρήσιμη για τον προπονητικό σχεδιασμό σε εφήβους, για την ελαχιστοποίηση της πιθανότητας του κινδύνου τραυματισμών και για τη βελτίωση της αθλητικής απόδοσης κατά την περίοδο της ΜΤΑΥ όπου οι αλλαγές και ανισορροπίες κατά την προσαρμογή μυών και τενόντων είναι περισσότερο εμφανείς.