Approcci Bioingegneristici al Recupero Neuromuscolare dopo Rottura del Legamento Crociato Anteriore

The rupture of the Anterior Cruciate Ligament (ACL) is one of the ligaments’ lesions most frequent in the knee joint, especially in the sports area, and often requires reconstructive surgery. Traditionally, it is considered as a loss of the mechanical stability in the knee; however, recent studies highlight the involvement of the nervous system, with neuromuscular alterations, proprioceptive deficits, and modifications to the activity at cerebral level. During the recovery phase after surgery technological support and functional evaluation tools that can be used are specific to the biomedical engineering. This work deepens the knowledge of the neural component of the ACL lesion and of the neuromuscular aftermath to it associated, moreover considering the phenomenon of the inhibition of the quadriceps and the contribution of the technologies used to support and monitor the recovery. Then the neuromuscular electrical stimulation (NMES) to support the recover, the superficial electromyographic (sEMG) to measure the muscular activity are also studied, and then the isokinetic dynamometry and application in the functional evaluation in relation to the return to sport are analyzed. The goal of this work is to show how the integration of studies on neural mechanisms and biomedical technologies can contribute to a more complete understanding of the recovery after reconstructive surgery of the ACL.

La rottura del Legamento Crociato Anteriore (LCA) è una delle lesioni legamentose più frequenti nell’articolazione del ginocchio, specialmente in ambito sportivo, e spesso richiede un intervento chirurgico di ricostruzione. Tradizionalmente viene considerata come una perdita della stabilità meccanica del ginocchio; tuttavia, studi recenti evidenziano il coinvolgimento del sistema nervoso, con alterazioni neuromuscolari, deficit propriocettivi, e modifiche dell’attività a livello cerebrale. Durante la fase del recupero post-operatorio possono essere usati strumenti tecnologici di supporto e di valutazione funzionale propri dell’ingegneria biomedica. Questo elaborato approfondisce la componente neurale della lesione del LCA e le conseguenze neuromuscolari associate, considerando inoltre il fenomeno dell’inibizione del quadricipite e il contributo delle tecnologie impiegate nel supporto e nel monitoraggio del recupero. Vengono quindi analizzate la stimolazione elettrica neuromuscolare (NMES) per il supporto al recupero, l’elettromiografia di superficie (sEMG) per la misurazione dell’attività muscolare, e infine la dinamometria isocinetica e la sua applicazione nella valutazione funzionale in relazione al ritorno allo sport. L’obiettivo dell’elaborato è mostrare come l’integrazione tra studio dei meccanismi neurali e tecnologie biomediche possa contribuire a una comprensione più completa del recupero successivo alla ricostruzione chirurgica del LCA.