Abstract The influence of physical and sporting activities on the spine is still not clear. Sport has often been considered to be a causative factor of, or a treatment option for spine modifications, especially among adolescent athletes who are engaged in certain athletic activities. Previous research focused mainly on pathological adolescent samples (adolescent idiopathic scoliosis) and on elite or professional athletes. The influence of sport discipline on possible modifications of the spine is another issue previously investigated but not cleared. Some studies showed an increase of the incidence of scoliosis on those athletes practising asymmetric disciplines such as tennis players and javelin throwers, but they were all of small entities. The present work aimed to investigate on the contribution of the different sport disciplines on spine modification in a sample of adult varsity athletes. This work is composed of three separate studies: Aim of the first study was to evaluate the dorsal and lumbar spine of expert and recreational tennis players before (Pre) and after (Post) two different training sessions. The sample consisted of 17 male tennis players, 9 expert and 8 recreational males, respectively (age 21.2 ± 1.6 years). We assessed back surface by rasterstereography Pre and Post two different training sessions both lasting 1.5 hours. The first one was a standard training session and the second one was a specific over-shoulder shots training session. The following parameters were measured and recorded in Average 4D modality (12 images of the back captured in 6 seconds): lordotic and kiphotic angle, length, imbalance, inclination for trunk, pelvic torsion, left and right lateral deviation, surface rotation. Tennis expertise had a significant main effect on surface rotation and right lateral deviation (P<0.05). Trunk length was affected by time (Pre vs Post) (P<0.05). Left lateral deviation differed both for type of training session and time (P<0.001, P<0.05). Expert tennis players had higher values on surface rotation and right lateral deviation, around or just above physiological values (0-5 and 0-5 mm, respectively). Type of session significantly affected left lateral deviation, indicating that over-shoulder shots lead to a higher stress for the spine; time led to a shortening effect on trunk length. Aim of the second study was to monitor the dorsal and the lumbar spine of two groups of varsity athletes across a six-month sport season. 44 varsity athletes (24.5 ± 3 years)
were divided into two groups according to the typology of the Sport Team they belonged to: 22 athletes formed the symmetric sports group (S) (track and field running, n=14; cycling, n=8) and the others 22 the asymmetric sports (tennis, n=19; fence, n=3) group (A). Participants spine was evaluated through rasterstereographic analysis three times across an Academic Year respectively at the beginning, in the middle (after 3 months) and at the end (after 6 months). The following parameters were measured and recorded in Average 4D modality: trunk length, trunk imbalance, pelvic tilt, pelvic torsion, kiphotic angle, lordotic angle, pelvic inclination, pelvic dimples inclination, rotation correction (pelvis), kiphotic apex, inflection point ITL, lordotic apex, inflection point ILS, cervical fleche, lumbar fleche, pelvic anteretroversion, surface rotation (right), surface rotation (left), trunk torsion, lateral deviation VPDM (right), lateral deviation VPDM (left). Results showed that Intervention (BL vs FIN) had a significant main effect on Dimples Distance (P<0.05) and on Pelvic Inclination (BL vs FIN, P=0.05). Left Lateral deviation was also affected by the factor Intervention (BL vs INT and INT vs FIN, P<0.01 and P<0.01 respectively). No statistical differences were found for the factor Sport Typology for none of the parameters measured, maybe due to the non-professional technical level of the sample; however, previous studies did not found clinically significant differences neither in high-level athletes. Instead, referring to Intervention effect on Dimple Distance, it could be hypothesized that a six-month sport season lead in all the participants an increase of that parameter through the pelvic mass hypertrophy. Pelvic Inclination is a parameter linked to Dimple Distance, as it represents the difference in height of the lumbar dimples, and showed statistical difference in line with that parameter; the variation can be justified as above reported for Dimple Distance. With reference to Left Lateral Deviation, no modulation was found for Sport Typology: for all athletes, Intervention had an increasing effect suggesting that a deviation on the frontal plane can occur independently from the sport load especially in the precompetition period (INT), which has shown statistical differences respect to the BL and FIN; in fact in this period, training is fore focused on technical elements that are hypothetically less stressing for the spine, thus INT values showed a decrease trend for all participants. Aim of the third study was to verify the intraday and interday reliability of the Formetric 4D system. 26 healthy subjects (18 male and 8 female, 22.8 ± 2.3 years) were evaluated with Diers Formetric 4D using DiCam II Software in 4D Average
modality. Intraclass correlation coefficient (ICC) and Cronbach Alpha were calculated. ICC and Cronbach Alpha were found to be paired for the same parameter for both highest and lowest values: highest values for both ICC and Cronbach Alpha were found for trunk length, kyphotic angle, lordotic apex: these parameters are unvariant i.e. not dependent on the subject s positioning respect to the machine; lowest values were found for trunk torsion for the intraday evaluations and for pelvic torsion for both interday and overall. According to Fleiss guidelines (1986) and George and Mallery (2003) it was found an acceptable reliability also for the lowest values, both for ICC and for Cronbach Alpha. Study 3 revealed a good to great reliability of the Diers Formetric 4D system depending on the typology of the measured parameter. In conclusion, asymmetric versus symmetric load (both acute and chronic), seem to not have great influence on the dorsal nor on the lumbar spine in adult nonprofessional athletes. It is advisable, thus, that clinicians and sport specialist, do not alarm their patients or athletes from the practice of asymmetric discipline a priori, unless they present other individual abnormalities of the muscle-bone system.
Riassunto L influenza dell attività fisica e sportiva sulla colonna vertebrale non è ancora chiara. Lo sport è stato spesso considerato sia come un fattore causale, sia come una risorsa per il trattamento delle modificazioni a carico della colonna vertebrale, specialmente tra quegli atleti adolescenti impegnati in determinate discipline sportive. Gli studi fin ora condotti, si sono principalmente focalizzati sugli adolescenti che presentavano patologie e sugli atleti professionisti o di alto livello. L influenza della specifica disciplina sportiva sulle possibili modificazioni vertebrali è un altro tema investigato in precedenza, ma non chiarito. Alcuni studi hanno mostrato un aumento dell incidenza della scoliosi in quegli atleti che praticavano discipline sportive asimmetriche come il tennis ed il lancio del giavellotto, ma le scoliosi erano di modesta entità. Lo scopo del presente lavoro è stato osservare il contributo di diverse discipline sportive sulle possibili modificazioni della colonna vertebrale in un campione di atleti adulti che competono a livello universitario. Il lavoro risulta composto da tre studi separati: Nel primo studio è stato valutato il tratto dorsale e lombare delle colonne vertebrali di tennisti esperti e amatoriali, prima e dopo due diverse sedute di allenamento. Il campione è stato formato da diciassette tennisti maschi (età 21.2 ± 1.6), dei quali 9 esperti ed 8 amatoriali. L analisi della morfologia del dorso è stata eseguita attraverso esame rasterstereografico prima e dopo due diverse sedute di allenamento entrambe della durata di un ora e mezzo. La prima seduta è stata una sessione di allenamento standard con prevalenza dei colpi a rimbalzo, mentre la seconda è stata caratterizzata prevalentemente dai colpi dall alto (voleè, smash e servizio). I seguenti parametri sono stati misurati nella modalità Average 4D (12 immagini del dorso acquisite in 6 secondi): angolo lordotico e cifotico, lunghezza, bilanciamento ed inclinazione del tronco, torsione pelvica, deviazione laterale sinistra e destra, rotazione della superficie. Il fattore esperienza tennistica ha avuto un effetto significativo sulla rotazione della superficie e sulla deviazione laterale destra (P<0.05). La lunghezza del tronco è stata influenzata dal fattore tempo (P<0.05). La deviazione laterale sinistra è risultata differente sia per il fattore tipo di seduta di allenamento, sia per il tempo (P<0.001, P<0.05). Il gruppo dei tennisti esperti ha mostrato valori più alti per la
rotazione della superficie e per la deviazione laterale destra, intorno o poco al di sopra del range fisiologico (0-5 e 0-5 mm rispettivamente). Il tipo di seduta ha influito significativamente sulla deviazione laterale sinistra, indicando che i colpi dall alto hanno prodotto un aumentato stress per la colonna: il tempo ha avuto un effetto accorciante sulla lunghezza del tronco. Nel secondo studio, la colonna dorsale e lombare di due gruppi di atleti universitari è stata valutata nel corso di una stagione sportiva di sei mesi. 44 atleti universitari (età 24.5 ± 3) sono stati divisi in due gruppi a seconda della tipologia dello sport che praticavano: 22 atleti hanno formato il gruppo degli sport simmetrici (S) (atletica leggera, n=14; ciclismo n= 8) e gli altri 22 il gruppo degli sport asimmetrici (A) (tennis, n=19; scherma, n=3). Le valutazioni sono state condotte attraverso esame rasterstereografico per tre volte nel corso di una stagione sportiva rispettivamente all inizio, a metà (dopo 3 mesi), ed alla fine (dopo 6 mesi). I seguenti parametri sono stati misurati nella modalità Average 4D: lunghezza del tronco, bilanciamento del tronco, distanza fossette, inclinazione pelvica, torsione pelvica, angolo cifotico, angolo lordotico, inclinazione pelvica fossette, correzione della rotazione (pelvi), apice cifotico, punto di inversione ITL, apice lordotico, punto di inversione ILS, fleche cervicale, fleche lombare, antero-retroversione pelvica, rotazione della superficie destra e sinistra, torsione del tronco, deviazione laterale destra e sinistra. I risultati hanno mostrato che il fattore intervento ha avuto un effetto significativo sulla distanza fossette (P<0.05) e sull inclinazione pelvica (P=0.05). La deviazione laterale sinistra è stata influenzata dal fattore intervento (P<0.01). Non sono state riscontrate differenze significative per alcuno dei parametri misurati, forse dovuto al livello tecnico non-professionistico del campione preso in analisi; tuttavia, studi precedenti non avevano trovato differenze clinicamente significative neanche negli atleti di alto livello. Invece, con riferimento all effetto del fattore intervento sulla distanza fossette, è ipotizzabile che una stagione sportiva di sei mesi abbia favorito un aumento del parametro attraverso l ipertrofia della massa pelvica. L inclinazione pelvica è un parametro legato alla distanza fossette, rappresentando la differenza in altezza delle fossette lombari, ed ha mostrato differenze in linea con il parametro precedente. Con riferimento alla deviazione laterale sinistra, il fattore intervento ha avuto un effetto incrementante, suggerendo che, una deviazione sul piano frontale può verificarsi indipendentemente dal carico della disciplina sportiva praticata, nel periodo precompetizione (valutazione dopo 3 mesi), che ha mostrato differenze statisticamente
significative rispetto a quello iniziale ed a quello finale; infatti, in questo periodo, l allenamento è incentrato sugli elementi tecnici che sono ipoteticamente meno stressanti per la colonna vertebrale, perciò i valori della valutazione intermedia hanno mostrato una tendenza decrescente in tutti i partecipanti allo studio. Nel terzo studio è stata verificata la ripetibilità intragiornaliera e intergiornaliera del sistema Formetric 4D. 26 soggetti sani (18 maschi e 8 femmine, età 22.8 ± 2.3) sono stati valutati con il Diers Formetric 4D utilizzando il DiCam II Software nella modalità 4D Average. Il Coefficiente di Correlazione Intraclasse (ICC) e l Alpha di Cronbach sono stati calcolati. L ICC e l Alpha di Cronbach sono risultati appaiati per gli stessi parametri sia per i vlori più alti, sia per quelli bassi: i valori più alti sia per l ICC che per l Alpha di Cronbach sono stati trovati per lunghezza tronco, angolo cifotico e apice lordotico: questi parametri sono invarianti cioè, indipendenti dal posizionamento del soggetto rispetto al macchinario; i valori più bassi sono stati riscontrati per la torsione del tronco nella valutazione intragiornaliera e per la torsione pelvica sia per l intragiornaliera che in valore assoluto. Secondo le linee guida fornite da Fleiss (1986) e da George e Mallery (2003), una ripetibilità accetabile è stata trovata anche per i valori più bassi, sia per l ICC che per l Alpha di Cronbach. Questo terzo studio ha evidenziato un range di ripetibilità da buono ad ottimo per il Diers Formetric 4D, a seconda della tipologia del parametro preso in considerazione. In conclusione, il carico asimmetrico (sia in acuto che in cronico), rispetto a quello simmetrico, non sembra aver avuto un influenza clinicamente significativa né sul tratto dorsale, né su quello lombare di atleti adulti non professionisti. È percio auspicabile, che i medici e gli operatori dello sport, non allarmino i loro pazienti ed atleti riguardo alla pratica di sport asimmetrici a priori, a meno che non presentino alterazioni strutturali del sistema muscolo-scheletrico.