Rischio di infortunio al legamento crociato anteriore: Influenza dei fattori cognitivo-motori e confronto tra tecnologie di analisi del movimento

The anterior cruciate ligament (ACL) rupture is one of the most common injuries in sports that involve jumping and sudden changes of direction. ACL injuries occur when shear forces at the level of the proximal tibia are applied during movements with limited lower limb flexion and dynamic knee valgus. The most common type of ACL involves non-contact mechanisms, which are typically affected by cognitive distractions. Indeed, several studies have shown that cognitive performance is a key factor in athletes due to its role in organizing motor patterns. The current study aims to evaluate the relationship between cognitive load and biomechanical risk factors associated with ACL injuries by assessing functional tests. The study included 30 athletes (17 males and 13 females) who played in team sports including basketball, football, volleyball, and rugby. They performed a battery of cognitive-motor tests and then landing tasks with a change of direction, under three conditions: anticipated (ANT), unanticipated (UNA), and unanticipated with increased cognitive load (COG). Data was collected using three motion capture systems: an optoelectronic system, an inertial units system, and a markerless technology. Thus, the second goal of this study was to validate Xsens MVN (portable inertial measurement unit sensors) and OpenCap (markerless system) with respect to the optoelectronic system, in order to assess their applicability in on-field scenarios. The study found that higher cognitive load led to lower vertical ground reaction force and higher knee flexion angles, whereas more challenging tasks resulted in increased hip flexion moment and angle. Subjects who obtained better scores in cognitive tests regarding divided attention had larger hip flexion moments and smaller hip adduction angles. The findings show that the execution of a cognitive task may alter athletes' motor approach, causing them to prioritize landing control above execution speed. This study may have relevance in injury prevention, promoting the incorporation of cognitive testing into motor training programs in order to reduce the risk of ACL injury. Regarding the comparison between motion analysis systems, portable systems with inertial units and markerless technology resulted overall less accurate and not easily comparable to the optoelectronic system. For inertial units, while the measurement of joint angles in the sagittal plane can be considered more reliable, the measurement of frontal plane kinematics, particularly the knee abduction angle (which is crucial for ACL injury prevention), did not show a good association with the measurements obtained from the optoelectronic system, making the portable system less ideal for clinical and rehabilitative settings. The markerless system used, on the other hand, did not show encouraging results for any of the kinematic variables and does not allow for the measurement of the knee abduction angle. These alternative motion analysis systems require further development to match the gold standard but represent a significant innovation in the accessibility of kinematic analysis. In conclusion, optimal cognitive load management, reinforced by focused training and the advancement of movement analysis technology, is thus essential to preventing ACL injuries and improving athletic performance, with significant consequences in both sport and rehabilitation.

La rottura del legamento crociato anteriore (LCA) rappresenta uno degli infortuni più frequenti negli sport caratterizzati da salti e cambi di direzione improvvisi. La vulnerabilità del LCA è determinata dalle forze di taglio applicate sulla parte prossimale della tibia, durante movimenti con flessione ridotta dell’arto inferiore e con valgismo dinamico del ginocchio. Le lesioni non da contatto risultano le più frequenti, spesso influenzate da distrazioni di tipo cognitivo. Numerosi studi hanno mostrato come la performance cognitiva sia un fattore determinante negli atleti a causa del suo ruolo nell'organizzazione degli schemi motori. Pertanto, il presente studio si propone di indagare la correlazione tra il carico cognitivo e i fattori di rischio biomeccanici, analizzando variabili anatomiche durante l'esecuzione di test funzionali. Lo studio ha coinvolto 30 atleti (17 maschi, 13 femmine) praticanti sport di squadra quali basket, calcio, pallavolo e rugby, i quali hanno svolto una batteria di test cognitivo-motori e test funzionali di atterraggio con cambio di direzione, in tre condizioni: anticipata (ANT), non anticipata (UNA) e non anticipata con carico cognitivo maggiore (COG). Per l'acquisizione dei dati sono stati impiegati tre sistemi differenti: un sistema optoelettronico, Xsens (sensori basati su unità inerziali) e OpenCap (sistema markerless). Il secondo obiettivo dello studio è stato proprio quello di valutare la concordanza tra Xsens MVN e OpenCap rispetto al sistema optoelettronico, al fine di validarne l'uso anche in contesti di campo. I risultati per il primo obiettivo evidenziano valori inferiori della forza di reazione verticale al suolo e valori maggiori per gli angoli di flessione del ginocchio nella condizione con maggiore carico cognitivo, mentre si registra un incremento del momento e dell'angolo di flessione dell'anca nei compiti di maggiore difficoltà. I soggetti con migliori prestazioni nei test cognitivi di attenzione divisa presentano un maggiore momento di flessione dell'anca e angoli di adduzione dell'anca inferiori. I risultati indicano che l’esecuzione di un compito cognitivo influenza la strategia motoria degli atleti, inducendoli a prioritizzare il controllo dell’atterraggio rispetto alla velocità di esecuzione. Questa evidenza potrebbe avere rilevanti implicazioni nella prevenzione degli infortuni, suggerendo l'integrazione di test cognitivi nei programmi di allenamento motorio al fine di ridurre il rischio di lesioni al LCA. Per quanto riguarda il confronto tra strumenti, i sistemi portatili con unità inerziali e markerless risultano in generale poco affidabili e confrontabili con il sistema optoelettronico. Per quanto riguarda le unità inerziali, mentre la misurazione degli angoli articolari del piano sagittale può essere considerata più attendibile, la misurazione della cinematica sul piano frontale, in particolare quella dell'angolo di abduzione del ginocchio (fondamentale nella prevenzione degli infortuni al LCA), non ha mostrato una buona associazione con quella rilevata dal sistema optoelettronico, rendendo il sistema portatile meno ideale in ambiti clinici e riabilitativi. Il sistema markerless utilizzato, invece, non ha mostrato risultati incoraggianti in nessuna delle variabili cinematiche e non consente la misurazione dell’angolo di abduzione del ginocchio. Questi strumenti alternativi necessitano quindi di ulteriori sviluppi per eguagliare il gold standard ma rappresentano un’importante innovazione per l’accessibilità delle analisi cinematiche. In conclusione, una gestione ottimale del carico cognitivo, supportata da training mirati e dall’evoluzione delle tecnologie di analisi del movimento, risulta quindi fondamentale per la prevenzione degli infortuni al LCA e il miglioramento delle prestazioni atletiche, con importanti implicazioni sia nello sport che nella riabilitazione.