Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Finite element shoulder models

Shoulder joint is a complex integration of soft and hard tissues. It plays an important role in performing daily activities and can be considered as a perfect compromise between mobility and stability. However, shoulder is vulnerable to complications such as dislocations and osteoarthritis. Finite element (FE) models have been developed to understand shoulder injury mechanisms, implications of disease on shoulder complex and in assessing the quality of shoulder implants. Further, although few, Finite element shoulder models have also been utilized to answer important clinical questions such as the difference between a normal and osteoarthritic shoulder joint. However, due to the absence of experimental validation, it is questionable whether the constitutive models applied in these FE models are adequate to represent mechanical behaviors of shoulder elements (Cartilages, Ligaments, Muscles etc), therefore the confidence of using current models in answering clinically relevant question. The main objective of this review is to critically evaluate the existing FE shoulder models that have been used to investigate clinical problems. Due concern is given to check the adequacy of representative constitutive models of shoulder elements in drawing clinically relevant conclusion. Suggestions have been given to improve the existing shoulder models by inclusion of adequate constitutive models for shoulder elements to confidently answer clinically relevant questions.

Radiographic projections for acute shoulder trauma: A review of current practice

A review of radiographers was undertaken to determine the specific projections currently performed for patients with acute presentation for shoulder trauma. Radiographers were asked to indicate projections they would perform for specific patient presentations. This poster presents a snapshot of the diversity of projections performed and a review of the current evidence of the most appropriate projections

Non-acute shoulder imaging: Which projections do we really need?

While Magentic Resonance Imaging and Ultrasound are used extensively for non-acute shoulder imaging, plain images are regularly required as a first investigation. This paper presents a snapshot of the diversity of projections performed and a review of the current evidence of the most appropriate projections. The projections recommended are suitable as a first investigation, and also to complement more advanced imaging.

Hyperelastic constitutive relationship for the strain-rate dependent behavior of shoulder and other joint cartilages

Non-linear finite deformations of articular cartilages under physiological loading conditions can be attributed to hyperelastic behavior. This paper contains experimental results of indentation tests in finite deformation and proposes an empirical based new generalized hyperelastic constitutive model to account for strain-rate dependency for humeral head cartilage tissues. The generalized model is based on existing hyperelastic constitutive relationships that are extensively used to represent biological tissues in biomechanical literature. The experimental results were obtained for three loading velocities, corresponding to low (1x10-3 s-1), moderate and high strain-rates (1x10-1 s-1), which represent physiological loading rates that are experienced in daily activities such as lifting, holding objects and sporting activities. Hyperelastic material parameters were identified by non linear curve fitting procedure. Analysis demonstrated that the material behavior of cartilage can be effectively decoupled into strain-rate independent(elastic) and dependent parts. Further, experiments conducted using different indenters indicated that the parameters obtained are significantly affected by the indenter size, potentially due to structural inhomogeneity of the tissue. The hyperelastic constitutive model developed in this paper opens a new avenue for the exploration of material properties of cartilage tissues.

Validation and reliability of a Spanish version of Simple Shoulder Test (SST-Sp)

Background: The Simple Shoulder Test (SST-Sp) is a widely used outcome measure. Objective: The purpose of this study was to develop and validate a Spanish-version SST (SST-Sp). Methods: A two-stage observational study was conducted. The SST was initially cross-culturally adapted to Spanish through double forward and backward translation and then validated for its psychometric characteristics. Participants (n = 66) with several shoulder disorders completed the SST-Sp, DASH, VAS and SF-12. The full sample was employed to determine factor structure, internal consistency and concurrent criterion validity. Reliability was determined in the first 24–48 h in a subsample of 21 patients. Results: The SST-Sp showed three factors that explained the 56.1 % of variance, and the internal consistency for each factor was α = 0.738, 0.723 and 0.667, and reliability was ICC = 0.687–0.944. The factor structure was three-dimensional and supported construct validity. Criterion validity determined from the relationship between the SST-Sp and DASH was strong (r = −0.73; p < 0.001) and fair for VAS (r = −0.537; p < 0.001). Relationships between SST-Sp and SF-12 were weak for both physical (r = −0.47; p < 0.001) and mental (r = −0.43; p < 0.001) dimensions. Conclusions: The SST-Sp supports the findings of the original English version as being a valid shoulder outcome measure with similar psychometric properties to the original English version.

Physical mechanisms underlying the strain-rate-dependent mechanical behavior of kangaroo shoulder cartilage

Due to anatomical and biomechanical similarities to human shoulder, kangaroo was chosen as a model to study shoulder cartilage. Comprehensive enzymatic degradation and indentation tests were applied on kangaroo shoulder cartilage to study mechanisms underlying its strain-rate-dependent mechanical behavior. We report that superficial collagen plays a more significant role than proteoglycans in facilitating strain-rate-dependent behavior of kangaroo shoulder cartilage. By comparing the mechanical properties of degraded and normal cartilages it was noted that proteoglycan and collagen degradation significantly compromised strain-rate-dependent mechanical behavior of the cartilage. Superficial collagen contributed equally to the tissue behavior at all strain-rates. This is different to studies reported on knee cartilage and confirms the importance of superficial collagen on shoulder cartilage mechanical behavior. A porohyperelastic numerical model also indicated that collagen disruption would lead to faster damage of the shoulder cartilage than when proteoglycans are depleted.

Association between aneurysm shoulder stress and abdominal aortic aneurysm expansion: A longitudinal follow-up study

Background Aneurysm expansion rate is an important indicator of the potential risk of abdominal aortic aneurysm (AAA) rupture. Stress within the AAA wall is also thought to be a trigger for its rupture. However, the association between aneurysm wall stresses and expansion of AAA is unclear. Methods and Results Forty-four patients with AAAs were included in this longitudinal follow-up study. They were assessed by serial abdominal ultrasonography and computed tomography scans if a critical size was reached or a rapid expansion occurred. Patient-specific 3-dimensional AAA geometries were reconstructed from the follow-up computed tomography images. Structural analysis was performed to calculate the wall stresses of the AAA models at both baseline and final visit. A nonlinear large-strain finite element method was used to compute the wall-stress distribution. The relationship between wall stresses and expansion rate was investigated. Slowly and rapidly expanding aneurysms had comparable baseline maximum diameters (median, 4.35 cm [interquartile range, 4.12 to 5.0 cm] versus 4.6 cm [interquartile range, 4.2 to 5.0 cm]; P=0.32). Rapidly expanding AAAs had significantly higher shoulder stresses than slowly expanding AAAs (median, 300 kPa [interquartile range, 280 to 320 kPa] versus 225 kPa [interquartile range, 211 to 249 kPa]; P=0.0001). A good correlation between shoulder stress at baseline and expansion rate was found (r=0.71; P=0.0001). Conclusion A higher shoulder stress was found to have an association with a rapidly expanding AAA. Therefore, it may be useful for estimating the expansion of AAAs and improve risk stratification of patients with AAAs.

Experimental and numerical investigation of strain-rate-dependent behavior of kangaroo shoulder cartilage

This thesis introduces a new animal model, kangaroo, to biomechanical investigations of shoulder cartilage research. It examines the effect of cartilage structure and constituents on tissue behavior and its adaptation to mechanical loading. In doing so, the study explains the relationship of tissue's functional behaviors to its structure and constituents which has important implications for tissue engineering strategies catering joint specific cartilage tissue generation.

Prevalence and incidence of shoulder and neck dysfunction after neck dissection: A systematic review

Background: Head and neck cancer is a debilitating disease. Not only can the primary tumour cause painful swallowing and speech difficulties, the treatments required to manage it can impact on neck and shoulder musculoskeletal function. In particular, those patients who undergo neck dissection surgery to remove lymph nodes from the neck can acquire accessory nerve injury during the procedure and a resultant loss of shoulder/neck motion, strength and function. Despite changes to surgical techniques that can protect the nerve, patients still report problems post-operatively.

Forming limit investigation of friction stir welded sheets: influence of shoulder diameter and plunge depth

The main aim of the present work is to analyze the influence of shoulder diameter and plunge depth on the formability of friction stir welded sheets. The base material used for welding and forming was AA6061-T6. Formability evaluation was performed through limiting dome height tests. The forming limit curve, FLC (only in the stretching region), thickness distribution, and strain hardening exponent of the weld region were monitored during formability studies. It is found from the work that the forming limit of friction stir welded sheets is better than unwelded sheets. In general, with an increase in shoulder diameter and plunge depth, the forming limit is found to improve considerably. With a decrease in thickness gradient severity and an increase in strain hardening exponent (n) of the weld region, the forming limit is found to increase. The increase in n value of the weld region is believed to occur because of the reduction in dislocation density. The maximum thickness difference is higher in the retreating side, rather than in the advancing side, of the weld. This is due to the differential straining and hardness levels attained by both sides during friction stir welding.