Деталі

Перегляди: 91

Key words: futsal, muscle fatigue, playing performance, physical condition

Ключові слова: футзал, м'язова втома, ігрова ефективність, фізичний стан

Abstract

This study investigates the impact of muscle fatigue on the physical condition and playing performance of futsal players, particularly focusing on decision-making, ball control, and technical skills under fatigue. Ten futsal players from Star Futsal Club (aged 17-25) participated in the study. Player performance was assessed using the Game Performance Evaluation Tool (GPET), which measured on-the-ball attacker and support actions, while physical condition was evaluated through shuttle run, 30-meter sprint, and vertical jump tests. The results showed a decline in performance after fatigue was induced. Specifically, the on-the-ball attacker score decreased from a pre-test mean of 81.00 to 71.75 post-test, and the support score dropped from 61.00 to 47.50. In terms of physical condition, the shuttle run time increased from a mean of 17.07 to 17.62 seconds, the 30-meter sprint time increased from 4.43 to 4.56 seconds, and vertical jump height decreased from 52.60 cm to 51.10 cm. Despite these observable declines, statistical analysis using paired samples t-tests revealed no significant differences: for player performance, t=5.353, df=1, p=0.118, and for physical condition, t=0.437, df=2, p=0.705. These findings suggest that muscle fatigue negatively impacts futsal players’ performance, particularly decision-making, speed, and technical execution, but the changes were not statistically significant, possibly due to the small sample size. The study highlights the importance of proper training load management and recovery strategies to optimize futsal performance. Further research with larger samples is needed to confirm these findings and better understand the effects of fatigue.

Реферат

Вплив м'язової втоми на ігрову продуктивність та фізичний стан футзалістів. Окта Йо., Субагіо І., Сабіллах М.І., Праното Н.В., Сапутра Д.Е.В., Фадзіллах Р.Н., Асмаваті П. Це дослідження вивчає вплив м'язової втоми на фізичний стан та ігрову ефективність гравців футзалу, зокрема на ухвалення рішень, контроль м’яча та технічні навички в умовах втоми. У дослідженні взяли участь десять футзалістів з клубу «Star Futsal» (вік 17-25 років). Оцінювання ефективності гравців здійснювалася за допомогою Інструменту оцінки ігрової ефективності (GPET), який вимірював дії гравців з м'ячем в атакуючих та підтримуючих ситуаціях, тоді як фізичний стан оцінювався за допомогою тестів на біг на шатл-руні, спринт на 30 метрів та вертикальний стрибок. Результати показали зниження ефективності після індукованої втоми. Зокрема, оцінка дій з м’ячем в атаці знизилася із середнього значення 81,00 до 71,75 після тесту, а оцінка підтримки – з 61,00 до 47,50. Щодо фізичного стану, час на шатл-руні збільшився з 17,07 до 17,62 секунди, час спринту на 30 метрів зріс з 4,43 до 4,56 секунди, а висота вертикального стрибка зменшилася з 52,60 см до 51,10 см. Незважаючи на ці спостережувані зниження, статистичний аналіз за допомогою парних t-тестів не виявив значущих відмінностей: для ефективності гравців t=5,353, df=1, p=0,118, і для фізичного стану t=0,437, df=2, p=0,705. Ці результати вказують на те, що м'язова втома негативно впливає на ефективність футзалістів, зокрема на ухвалення рішень, швидкість і технічне виконання, однак зміни не були статистично значущими, що, можливо, пояснюється малим розміром вибірки. Дослідження підкреслює важливість належного управління навантаженням і стратегій відновлення для оптимізації ефективності футзалу. Необхідні подальші дослідження з більшими вибірками для підтвердження цих висновків і кращого розуміння впливу втоми.

Today's athletes need external support to make progress in their sport. Sports science knowledge is one of the aspects that contribute to sports achievement. Combining several broad and interrelated scientific areas, sports science aims to enhance athlete performance and support coaches in their training [1, 2, 3]. Futsal is a ball game played by two teams, each consisting of five people, and played indoors [4, 5]. In general, the basic techniques in futsal are not much different from football. However, several basic techniques need to be done with special skills. The basic techniques in the game of futsal that must be mastered by every player include controlling the ball, passing, dribbling, and shooting [6, 7]. To be successful in futsal, players need to constantly be in top physical shape and work on improving their skills and accomplishments [8, 9]. In a variety of sports, the development of physical condition is fundamental to technical, tactical, and mental preparation [10, 11]. The setting up of physical conditions, strategies, tactics, and psychology is all related to one another. In sports activities, if your physical condition is not good, your technical, tactical, and mental abilities will result in less-than-optimal performance [12]. Good physical exercise is performed regularly, taking into account the body's capabilities and the appropriate amount of exercise [13, 14]. This requires physical, technical, and tactical training over a long period with an increasing workload, so it is hoped that players will develop good physical condition, mental strength, and technical skill [15].

Optimal physical condition is needed to combine the technical, tactical, and mental skills of players on the playing field. This is the basis that must be considered in efforts to achieve maximum athlete performance [16]. Every sporting activity contains elements of strength, duration, speed, and complex movements that require joint expansion [17]. This shows that to improve physical condition, the components of physical condition must be developed. Apart from that, the game of futsal requires players to play by moving the ball quickly, attacking, defending, and circulating the game without the ball or having the right time to make decisions [18]. Players must also master basic techniques such as dribbling, passing, control, chipping, and shooting. Basic techniques are very important to support playing performance on the field. There are various fundamental elements that contribute to developing physical fitness. Regarding the idea of muscular condition, the fundamental elements are endurance, strength, explosive power, speed, flexibility, agility, balance, and coordination [19, 20]. In futsal, the basic physical conditions that are dominant and must be possessed are speed, agility, and endurance because the characteristics of the game of futsal require these three components [21]. Therefore, players must be able to improve these abilities through physical training, as well as technical and tactical exercises, to achieve maximum performance. However, there is an effect of this training, namely that it will cause the players to experience fatigue. Training programs that are carried out progressively and continuously on players and exceed their limits will cause muscle fatigue. Over a long period, the muscles will eventually lose their ability to respond or contract due to fatigue. Apart from that, players can also experience pressure from outside, either environmentally or psychologically, which leads to stress.

Fatigue results in a lack of energy due to excessive physical activity [22]. In addition, physical activity can cause muscle pain and psychological discomfort. Fatigue is a major problem for athletes because it interferes with performance during competitions and can result in a decline in achievement [23]. When a player experiences fatigue, the player can still perform basic techniques such as dribbling, passing, control, and shooting [24]. However, players have difficulty making decisions and providing support, especially during movements without the ball that require speed. It can be concluded that there is an influence of fatigue on futsal playing performance.

Although many studies highlight the importance of recovery in supporting athletic performance, most existing research remains general and has not specifically examined the effectiveness of particular recovery methods in relation to specific sports, training intensity levels, and athletes' psychological conditions. Furthermore, there is a lack of studies that comprehensively integrate both physiological and psychological aspects in designing optimal recovery strategies. The purpose of this study is to investigate the impact of muscle fatigue on futsal players' performance and physical condition. Specifically, it aims to analyze how muscle fatigue affects the execution of fundamental skills such as dribbling, passing, ball control, and shooting, as well as decision-making during the game. Additionally, the study seeks to assess how muscle fatigue influences key physical components like speed, endurance, agility, and strength, and whether it impairs players' ability to maintain optimal physical condition throughout the match. Furthermore, the research will explore the relationship between muscle fatigue levels and overall physical performance decline, and how psychological factors, such as stress, interact with fatigue to affect technical execution and decision-making on the field. By addressing these factors, the study aims to provide a comprehensive understanding of how fatigue impacts futsal performance and inform more effective recovery strategies tailored to the needs of futsal athletes.

MATERIALS AND METHODS OF RESEARCH

This research uses a descriptive approach. Data is classified into two groups: quantitative data, which consists of numbers or symbols, and qualitative data, which is expressed in words. An instrument for assessing playing skills in soccer called the Game Performance Evaluation Tool (GPET) was employed in this study. The GPET evaluates coding decisions and execution in relation to the tactical challenges that players face during games [25]. Prior to participation, all subjects provided written informed consent after receiving a detailed explanation of the study’s objectives, procedures, and potential risks. The study was conducted in accordance with the ethical principles for human research. Ethical approval from the Ethics Committee of the Faculty of Sports Science, Universitas Negeri Surabaya is currently under review, and the protocol number will be provided upon completion of the approval process.

In this research, some aspects are assessed, namely (1) decisions made by players (Tactical Problem); (2) ball position when attacking (On-The Ball Attacker); (3) ball position when not attacking (Off-The Ball Attacker). Shuttle run is a form of agility training. Agility is defined as the body's ability to move and change direction in the shortest possible time without losing balance [26]. Agility is one of the components needed in the game of futsal. When dribbling the ball or trying to break through the opponent's defense, players must have good agility to perform optimally. The tools needed for a shuttle run are (1) Stopwatch; (2) Field; (3) Cones; and (4) Meter.

The study population consisted of ten futsal players selected using purposive sampling from the Star Futsal Club, aged 17-25 years. The selection criteria focused on core players who possessed greater experience and skill and were within the productive age range for optimal performance. The players were divided into two teams. Playing performance was assessed through futsal matches lasting 2×8 minutes, recorded for analysis. Physical condition tests included the shuttle run, 30-meter sprint, vertical jump, and a fatigue test using the Harvard step test for five minutes or until exhaustion, following a metronome pace of 120 beats per minute. Data analysis was conducted using SPSS version 26 (IBM Corp., Chicago, USA; license number WHIQVZYWLARL9JEYQEGDUBLH8Z3ZCJAL3FLXMS98V95TSDYI7FOEXUPRR).

Statistical tests included the Shapiro-Wilk test for normality, Levene’s test for homogeneity of variances, and paired samples t-tests to compare pre-test and post-test results for both player performance and physical condition. The statistical significance level was set at p<0.05. All results were presented as mean ± standard deviation (SD) and displayed in tables and figures for clarity.

RESULTS AND DISCUSSION

The research results were obtained based on observation of the pre-test and post-test results which were carried out by research subjects. The description of the pre-test and post-test data on the influence of muscle fatigue on physical condition and playing performance in futsal players from Star Futsal Club Klaten Regency is as follows:

1. Player performance data

The mean pre-test value for on-the-ball attacker was 81.00, and the post-test value was 71.75. Meanwhile, the mean pre-test value for support was 61.00, and the post-test value was 47.50. The change in the mean values indicates a decrease in the subjects' playing performance. For more details, see Table 1 and Figure 1.

2. Physical condition data

The results display the average, standard deviation, minimum, and maximum values in physical condition tests such as shuttle runs, 30-meter runs, and vertical jumps, based on study data. The data also include pre-test and post-test results. In the shuttle run test, the average pre-test score was 17.07 with a standard deviation of 0.53, and the post-test score was 17.62 with a standard deviation of 0.56. The mean pre-test result for the 30-meter run was 4.43 with a standard deviation of 0.24, and the mean post-test result was 4.56 with a standard deviation of 0.29. For the vertical jump, the pre-test mean was 52.60 with a standard deviation of 6.04, and the post-test mean was 51.10 with a standard deviation of 5.58. These findings suggest that fatigue leads to a decrease in physical condition, as shown by a reduced vertical jump. For more details, see Table 2 and Figure 2.

To examine whether there is a statistically significant difference between the pre-test and post-test results, a paired samples t-test was conducted. This test is appropriate for assessing the effect of an intervention or treatment by comparing measurements taken from the same group before and after the intervention. The results of the analysis are presented in Table 3 below.

The analysis revealed that the comparison of player performance data between pre-test and post-test resulted in a t-value of 5.353 with 1 degree of freedom (df) and a p-value of 0.118. For the physical condition data, the test produced a t-value of 0.437 with 2 degrees of freedom and a p-value of 0.705. Despite observable changes in both categories, neither result reached the conventional threshold for statistical significance (p<0.05). The p-values indicate that the differences in player performance and physical condition are not statistically significant. Therefore, based on the paired samples t-test, the observed differences between pre- and post-test scores may be due to chance rather than a meaningful effect of the intervention.

This research is important to conduct because futsal is a high-intensity sport that demands players to maintain optimal physical condition, possess solid technical skills, and make quick tactical decisions on the court. Fatigue, whether caused by intense training or frequent competition, can significantly impact performance in all these areas. In practice, fatigue is often overlooked or considered a normal part of training, but muscular fatigue that is not properly managed can lead to a noticeable decline in both physical and tactical performance. This study makes a valuable contribution by demonstrating how fatigue affects game performance both on-the-ball and off-the-ball actions as well as physical condition (speed, agility, and explosive power) in futsal players.

The findings of this research are supported by several previous studies. For example, researchers who developed the Game Performance Evaluation Tool (GPET) emphasized that decision-making and player positioning are key indicators of tactical performance in football and futsa [27]. This reinforces the validity of using GPET in this study to assess performance under fatigue. Additionally, [8] highlighted that speed, agility, and power are essential components in futsal performance, aligning with this study's focus. Furthermore, [18] stressed the importance of agility in handling the dynamics of futsal, supporting the need to maintain physical condition to optimize technical and tactical execution.

The implications of this study suggest that coaches and sports practitioners must account for fatigue when designing training programs and strategies during matches. Players experiencing fatigue exhibit reduced decision-making capabilities, positional awareness, and muscle power – all of which are crucial in futsal. Therefore, load management and appropriate recovery strategies must be prioritized. However, this study has several limitations. The small sample size of only 10 players from a single futsal club limits the generalizability of the findings. Additionally, psychological factors such as stress and motivation were not thoroughly examined.

This study highlights the impact of fatigue on futsal players' physical and tactical performance, but it has several limitations. The small sample size restricts the generalizability of the findings, and a larger sample would improve the external validity of the results. Additionally, the absence of a control group makes it difficult to determine if the observed performance changes were caused only by fatigue. Psychological factors such as stress and motivation were also not considered, yet they can significantly affect performance. Furthermore, potential learning effects between the pre-test and post-test could have influenced the results, as players may have improved simply due to familiarity with the testing procedure. For sports physiotherapists, it is crucial to monitor fatigue levels, as fatigue not only affects performance but also increases the risk of injury and decreases movement quality. Incorporating proper recovery strategies, such as active recovery exercises and load management practices, is essential. Future research should involve larger, more diverse samples and integrate psychological and physiological measurements to further understand the effects of fatigue and improve recovery and fatigue management strategies.

CONCLUSION

1. This study aimed to examine the impact of muscle fatigue on the physical condition and playing performance of futsal players, particularly focusing on decision-making, ball control, and technical skills under fatigue.
2. The results show a decrease in players' performance on both on-the-ball and off-the-ball actions in the post-test compared to the pre-test, reflecting the effects of fatigue. Specifically, the mean scores for player performance on "On-The-Ball Attacker" and "Support" decreased after fatigue was induced, indicating a reduction in tactical decision-making and positional awareness during the game.
3. The physical condition data also showed a slight decline in performance on the shuttle run, 30-meter run, and vertical jump after the post-test, although these changes were not statistically significant.
4. Despite the observable decrease in performance, statistical analysis did not reveal significant differences between the pre-test and post-test results. The lack of statistical significance, especially in the physical condition tests, may be due to the small sample size, which limits the generalizability of the findings.
5. This study highlights the significant impact of fatigue on both the physical condition and tactical performance of futsal players. It emphasizes the need for sports physiotherapists to collaborate with coaches in managing training loads and preventing overtraining, as fatigue can impair decision-making, speed, agility, and muscle power. Physiotherapists should implement strategies such as gradual increases in training intensity, active recovery, and proper rest to prevent fatigue buildup. Additionally, personalized recovery plans, including techniques like stretching, massage, and mental relaxation, can help enhance recovery and optimize performance.

 Contributors:

Ockta Yo. – validation, resources, writing – review & editing;

Subagio I. – methodology, software, validation, investigation, resources, data curation, supervision, writing – original draft, writing – review & editing;

Sabillah M.I. – conceptualization, validation, formal analysis, resources, writing – original draft, writing – review & editing, visualization, project administration;

Pranoto N.W. – validation, resources, writing – review & editing;

Saputra D.E.W. – validation, resources, writing – review & editing;

Fadzillah R.N. – validation, resources, writing – review & editing;

Asmawati P. – validation, resources, writing – review & editing.

Funding: This research received no external funding.

Conflict of interest: The authors declare no conflict of interest.

REFERENCES

1. Fredianto M, Ulfa M, Khairunnisa RA, Chilmi MZ. A Bibliometric Analysis Study on Sport Sciences: Trends and Recommendation for Athletes’ Performance. Int J Kinesiol Sport Sci. 2024;12(3):15-22. doi: https://doi.org/10.7575/10.7575/aiac.ijkss.v.12n.3p.15
2. Podrigalo L, Tymchenko K, Perevoznyk V, Semeniv B, et al. Scientific support for strength sports: analysis of scientific resources from the Web of Science Core Collection. Pedagog Phys Cult Sport. 2025;29(1):44-61. doi: https://doi.org/10.15561/26649837.2025.0106
3. Otte F, Davids K, Rothwell M, Wood MA, De-Mountfort J. Coach to learn and learn to coach: synergising performance and development in the athlete-coach-environment learning system. Sport Coach Rev. 2024;3:1-25. doi: https://doi.org/10.1080/21640629.2024.2330195
4. Gene-Morales J, Saez-Berlanga A, Bermudez M, Flández J, Fritz N, Colado JC. Incidence and prevalence of injuries in futsal: A systematic review of the literature. J Hum Sport Exerc. 2021;16(Proc3):S1467-80. doi: https://doi.org/10.14198/jhse.2021.16.Proc3.63
5. Oliveira JP, Sampaio T, Marinho DA, Barbosa TM, Morais JE. Exploring Injury Prevention Strategies for Futsal Players: A Systematic Review. Healthc. 2024;12(14):1-14. doi://doi.org/10.3390/healthcare12141387
6. Doewes RI, Elumalai G, Azmi SH. Development of a Test Instrument To Measure the Basic Pass Technique in Futsal. Rev Bras Med do Esporte. 2022;28(5):456-9. doi: https://doi.org/10.1590/1517-8692202228052022_0093
7. Klingner FC, Huijgen BCH, Den Hartigh RJR, Kempe M. Technical-tactical skill assessments in small-sided soccer games: A scoping review. Int J Sport Sci Coach. 2022;17(4):885-902. doi: https://doi.org/10.1177/17479541211049532
8. Branquinho L, Ferraz R, Teixeira J, Neiva HP, Sortweel A, Forte P, et al. Effects of a Plyometric Training Program in Sub-Elite Futsal Players during Pre-Season Period. Int J Kinesiol Sport Sci. 2022;10(2):42-50. doi: https://doi.org/10.7575/aiac.ijkss.v.10n.2p.42
9. Bumrung N, Jansupom C, Rohmansyah NA, Khaothin T, Hiruntrakul A. Acute Effects of Combined High Intensity Interval Training and Step Aerobics Training on Agility in Male Futsal Athletes During the Pre-season. Middle East J Rehabil Heal Stud. 2025;12(3):e158636. doi: https://doi.org/10.5812/mejrh-158636
10. Sukamti ER, Budiarti R, Nurfadhila R. Effect of physical conditioning on student basic skills gymnastics. Cakrawala Pendidik. 2020;39(1):207-16. doi: https://doi.org/10.21831/cp.v39i1.29641
11. Deng N, Soh KG, Abdullah B, Huang D, Xiao W, Liu H. Effects of plyometric training on technical skill performance among athletes: A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2023;18(7 Jul):1-29. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0288340
12. Falaahudin A, Suharjana, Sumarjo, Tirtawirya D, Iwandana DT, Padli, et al. Development and Practicality of Android-based Application to Assess the Physical Condition of Young Swimmers. Int J Hum Mov Sport Sci. 2025;13(1):145-54. doi:  10.13189/saj.2025.130116
13. Negara JDK, Nuryadi N, Firmansyah H, Gumilar A, Hambali B, Purnomo E, et al. The effect of vo2max on muscle oxygen saturation (SMO2) in University Badminton Athletes. Retos. 2024;61:1184-90. doi: https://doi.org/10.47197/retos.v61.108861
14. Wibawa JC, Febrianto N, Fudin MS, Ockta Y, Festiawan R. El mecanismo del ejercicio físico aumenta la glutatión peroxidasa como antioxidante endógeno : una revisión sistemática Authors How to cite in APA Keywords Resumen Palabras clave. Retos. 2025;2025(63):610-9. doi: https://doi.org/10.47197/retos.v63.108856
15. Li Y, Li S. Football Player’S Training for Improving Physical Function and Health. Rev Bras Med do Esporte. 2022;28(3):203-6. doi: https://doi.org/10.1590/1517-8692202228032021_0497
16. Montella M, Ceciliani A, Morsanuto S, Federici A, Altavilla G. Development of motor skills applied to basketball in the developmental age. J Hum Sport Exerc. 2019;14(Proc4):S835-40. doi: https://doi.org/10.14198/jhse.2019.14.Proc4.46
17. Micheo W, Baerga L, Miranda G. Basic principles regarding strength, flexibility, and stability exercises. PM R. 2012;4(11):805-11. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmrj.2012.09.583
18. Komang Ari Selin, Ni Komang Ayu Juni Antari, I Wayan Sugiritama, Widnyana M. The relationship between agility and dribbling skills among futsal players. Phys Ther J Indones. 2024;5(1):77-80. doi: https://doi.org/10.51559/ptji.v5i1.195
19. Görner K, Reineke A. The influence of endurance and strength training on body composition and physical fitness in female students. J Phys Educ Sport. 2020;20(3):2013-20. doi: https://doi.org/10.7752/jpes.2020.s3272
20. Ma S, Soh KG, Japar SB, Liu C, Luo S, Mai Y, et al. Effect of core strength training on the badminton player’s performance: A systematic review & meta-analysis. PLoS One. 2024;19(6 Jun):1-22. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0305116
21. Serrano C, Felipe JL, Garcia-Unanue J, Ibañez E, Hernando E, Gallardo L, et al. Local positioning system analysis of physical demands during official matches in the spanish futsal league. Sensors (Switzerland). 2020;20(17):1-11. doi: https://doi.org/10.3390/s20174860
22. Vetrovsky T, Omcirk D, Malecek J, Stastny P, Steffl M, Tufano JJ. Morning fatigue and structured exercise interact to affect non-exercise physical activity of fit and healthy older adults. BMC Geriatr. 2021;21(1):1-10. doi: https://doi.org/10.1186/s12877-021-02131-y
23. Skala F, Zemková E. Effects of Acute Fatigue on Cognitive Performance in Team Sport Players: Does It Change the Way They Perform? A Scoping Review. Appl Sci. 2022;12(3):1736. doi: https://doi.org/10.3390/app12031736
24. Penichet-Tomas A, Torreblanca-Martínez V, Torreblanca-Martínez S. Acute effect of induced fatigue on passing ability in elite U-19 soccer players. J Phys Educ Sport. 2022;22(2):355-60. doi: https://doi.org/10.7752/jpes.2022.02045
25. Gutierrez D, García-López LM. Gender differences in game behaviour in invasion games. Phys Educ Sport Pedagog. 2012;17(3):289-301. doi: https://doi.org/10.1080/17408989.2012.690379
26. Morral-Yepes M, Gonzalo-Skok O, Dos Śantos T, Feliu GM. Are change of direction speed and agility different abilities from time and coordinative perspectives? PLoS One. 2023;18(12 Dec):1-14. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0295405
27. Matos R, Moreira C, Alves E, Teixeira JE, Rodrigues F, Monteiro D, et al. Tactical Knowledge by Decision Making and Motor Efficiency of Young Football Players in Different Playing Positions during a Three-a-Side Small-Sided Game. Behav Sci (Basel). 2023;13(4):310. doi: https://doi.org/10.3390/bs13040310

Деталі

Перегляди: 97

Ключові слова: артрогенні контрактури, роботизована реабілітація, фізична терапія, Omego Plus, нижні кінцівки, ходьба, біль, функціонування, обмеження життєдіяльності

Key words: arthrogenic contractures, robotic rehabilitation, physical therapy, Omego Plus, lower extremities, walking, pain, limitations of activities of daily living

Реферат

В умовах воєнних дій в Україні значно зросла кількість пацієнтів із травмами кінцівок. Понад 60% втрат особового складу пов'язані з ускладненнями травм опорно-рухового апарату, зокрема артрогенними контрактурами. Резистентність таких станів до стандартної терапії зумовлює необхідність пошуку новітніх технологічних рішень, зокрема роботизованих систем з біологічним зворотним зв’язком “Omego Plus”. Мета: підвищення ефективності реабілітації пацієнтів з артрогенними контрактурами суглобів нижніх кінцівок шляхом клініко-функціонального обґрунтування та інтеграції в реабілітаційний процес роботизованої системи «Omego Plus». У рандомізоване дослідження було включено 60 пацієнтів (20-53 роки). Основна група (n=30) отримувала стандартну фізичну терапію (NICE-2022) та доповнену заняттями на системі «Omego Plus» (60 хв, 5 разів на тиждень, ). Контрольна група (n=30) займалася за стандартним протоколом. Оцінювання проводили поетапно (на початку дослідження, через 6 тижнів та через 3 місяці після виписки) за допомогою гоніометрії, (ММТ), візуально-аналогової шкали болю (ВАШ) та 10-метрового тесту (10MWT). В основній групі зафіксовано статистично високозначущу перевагу у відновленні згинання колінного суглоба до рівня функціональної норми (120 градусів, p=0,0005) та достовірний приріст амплітуди дорсального згинання стопи (p=0,0008). Аналіз м’язової сили виявив достовірно вищі абсолютні показники в основній групі на візиті 3 для відвідних м’язів (p=0,02) та внутрішніх ротаторів стегна (p=0,04), що свідчить про ефективніше рекрутування рухових одиниць роботизованої системи зі зворотним біологічним зв’язком «Omego Plus». Динаміка швидкості ходьби за тестом 10MWT підтвердила накопичувальний ефект роботизованої системи «Omego Plus»: міжгрупова перевага сформувалася на фінальному етапі оцінювання. Анальгезуючий ефект був найбільш вираженим між 2 та 3-м візитами (p<0,05), що вказує на стійкість результату та зниження явищ центральної сенситизації. Впровадження «Omego Plus» у післягострому періоді в основній групі забезпечувало відновлення мобільності рухів суглобів, збільшення силових показників та зниження больового синдрому. Результати обґрунтовують доцільність інтеграції роботизованої системи «Omego Plus» для подолання прогалин у реабілітації пацієнтів з артрогенними контрактурами.

Abstract

The impact of the robotic rehabilitation system with biological feedback "Omego Plus" on the functioning of patients with arthrogenic contractures of the joints of the lower extremities. Riahuzova O.T., Nekhanevych O.B., Lohvynenko V.V. Under the ongoing military actions in Ukraine, the number of patients with limb injuries has increased significantly. Over 60% of personnel losses are associated with complications from musculoskeletal injuries, specifically arthrogenic contractures. The resistance of such conditions to standard therapy necessitates the search for innovative technological solutions, particularly robotic systems with biofeedback, such as the "Omego Plus" system. Purpose. To enhance the effectiveness of rehabilitation for patients with arthrogenic contractures of the lower limb joints through clinical and functional justification and the integration of the "Omego Plus" robotic system into the rehabilitation process. This randomized controlled trial included 60 patients (aged 20-53 years). The main group (n=30) received standard physical therapy (NICE-2022 protocol) supplemented with sessions on the "Omego Plus" system (60 min, 5 times per week for 6 weeks). The control group (n=30) followed the standard protocol only. The assessment was carried out in stages (at the beginning of the study, after 6 weeks, and 3 months after discharge). Effectiveness was evaluated using goniometry, Manual Muscle Testing (MMT), the Visual Analog Scale (VAS) for pain, and the 10-Meter Walk Test (10MWT). A statistically significant advantage was observed in the main group regarding the recovery of knee flexion to the functional norm (120 degree, p=0.0005) and a significant increase in the amplitude of ankle dorsiflexion (p=0.0008). Analysis of muscle strength revealed significantly higher absolute values in the main group at Visit 3 for the hip abductors (p=0.02) and internal rotators (p=0.04), indicating more effective motor unit recruitment by the "Omego Plus" robotic system with biofeedback. Gait speed dynamics according to the 10MWT confirmed a cumulative effect of the "Omego Plus" system: the intergroup advantage was established during the final assessment stage. The analgesic effect was most pronounced between the second and third visits (p<0.05), indicating the stability of the result and a reduction in central sensitization phenomena. The implementation of "Omego Plus" during the post-acute period ensures rapid recovery of mobility, a significant increase in muscle strength indicators, and sustained reduction of the pain syndrome. The results justify the integration of the "Omego Plus" robotic system to address existing "gaps" in the rehabilitation of patients with arthrogenic contractures.

Захворювання та травмування опорно-рухового апарату розглядаються як одна з провідних причин формування хронічного больового синдрому, функціональної недостатності та стійкої дезінтеграції життєдіяльності пацієнтів у глобальному вимірі. Поєднання тривалої іммобілізації з комплексними ушкодженнями кісткових структур, нервових волокон та м’яких тканин формує чисельну когорту осіб з високим ризиком розвитку тяжких артрогенних контрактур, що зумовлює необхідність оптимізації та вдосконалення стратегій реабілітаційного втручання [3, 4, 5, 19].

Артрогенна контрактура – це стабільне обмеження активного та пасивного обсягу рухів, зумовлене патологічними змінами безпосередньо в його порожнині або навколишніх тканинах. В основі розвитку цього стану лежить поєднання хронічного запального процесу, деструкції хряща та фіброзного переродження періартикулярних структур, що сукупно формує стійку втрату мобільності суглобів. Клінічні наслідки контрактур охоплюють хронічний больовий синдром, порушення біомеханіки ходьби, підвищений ризик падінь. Тривалий функціональний дефіцит також корелює з розвитком психосоціальних порушень, зокрема депресивних симптомів, що знижує якість життя пацієнтів та підвищує їхню залежність від сторонньої допомоги [2, 3, 17, 21]

Проблема відновлення обсягу рухів у суглобах набула стратегічного значення для системи охорони здоров’я України внаслідок повномасштабної військової агресії. Це зумовлено безпрецедентним зростанням кількості пацієнтів з бойовою політравмою, зокрема поєднаними вогнепальними та мінно-вибуховими ураженнями опорно-рухового апарату. Згідно з актуальними даними, травми кінцівок є найбільш поширеними у структурі бойових ушкоджень, досягаючи 60,1% від загальної кількості санітарних втрат. Особливий механізм мінно-вибухової травми, на частку якої припадає до 95% поранень з лютого 2022 року, детермінує не лише гострий функціональний дефіцит, а й високу ймовірність формування стійких артрогенних контрактур у віддаленому періоді. Такий масштаб інвалідизуючих наслідків прогнозує системну кризу у сфері громадського здоров’я та вимагає негайної оптимізації реабілітаційних стратегій [9, 12, 19, 20]

Аналіз провідних профільних платформ та доказових баз даних з фізичної терапії (PEDro, Cochrane Library, Pubmed) свідчить про відсутність вузькоспеціалізованих клінічних настанов, присвячених безпосередньо менеджменту артрогенних контрактур. Наявна інформація здебільшого обмежена загальними принципами профілактики обмежень рухливості суглобів та рекомендаціями щодо ведення пацієнтів з м’язово-сухожилковими укороченнями. та методів втручання базується на дослідженнях на моделях тварин, результати яких потребують обережної інтерпретації та не можуть бути повноцінно екстрапольовані на складну клінічну картину [6, 15, 26].

Відсутність диференційованих протоколів фізичної терапії, які б ураховували специфіку стабільних артрогенних змін – таких як дегенерація хряща та фіброзна трансформація капсульно-зв’язкового апарату – створює суттєву наукову прогалину.

Для ефективності подолання цих викликів доцільно впроваджувати роботизовані системи. Вони дають змогу виконувати велику кількість повторень, що критично важливо для відновлення нормальної, фізіологічної роботи суглобів та м'язів. Застосування системи «Omego Plus» із функцією біологічного зворотного зв’язку дозволяє реалізувати диференційоване дозування механічного навантаження, що є важливим для ремоделювання тканин при артрогенній тугорухливості. Це не лише інтенсифікує терапевтичний процес, а й оптимізує роботу фахівця з фізичної терапії, нівелюючи надмірне фізичне навантаження [1, 2, 13, 14, 22, 23]

У нашому попередньому дослідженні було обґрунтовано та підтверджено ефективність застосування роботизованої системи «Omego Plus» з біологічним зворотним зв'язком у реабілітації пацієнтів з міогенними контрактурами нижніх кінцівок. Отримані результати засвідчили, що впровадження цієї технології дозволяє досягти зростання м'язової сили, збільшення обсягу рухів та збільшення швидкості ходьби на тлі вираженого зниження інтенсивності больового синдрому [14].

Однак у клінічній практиці важливою є диференціація обмежень рухливості за їхнім генезом. На відміну від міогенних контрактур, що мають високий реабілітаційний потенціал, артрогенні контрактури характеризуються значно вищою складністю відновлення через глибоку структурну перебудову суглобових елементів [3, 14]. Зважаючи на ці принципові патогенетичні відмінності, дані щодо ефективності роботизованої терапії при м'язових скороченнях не можуть бути автоматично екстрапольовані на випадки стабільних суглобових обмежень. Це зумовлює актуальність нашого поточного дослідження, спрямованого на верифікацію результативності системи «Omego Plus» у пацієнтів з артрогенними контрактурами нижніх кінцівок.

Метою дослідження є підвищення ефективності реабілітації пацієнтів з артрогенними контрактурами суглобів нижніх кінцівок шляхом клініко-функціонального обґрунтування та інтеграції в реабілітаційний процес роботизованої системи «Omego Plus».

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження було проведене відповідно до вимог Гельсінської декларації Всесвітньої медичної асоціації «Етичні принципи медичних досліджень за участю людини в якості об’єкта дослідження». Усі пацієнти, які взяли участь у дослідженні, надали інформовану письмову згоду. Дослідження виконувалось у рамках науково-дослідної роботи кафедри фізичної реабілітації, спортивної медицини та валеології Дніпровського державного медичного університету «Медичне, фізіотерапевтичне та ерготерапевтичне забезпечення спортивних, оздоровчих та реабілітаційних тренувань» (№ 0121U114435, термін виконання 2022-2026 рр.) і було схвалено комісією з питань біомедичної етики Дніпровського державного медичного університету (протокол № 12 від 25.10.2023).

Дизайн дослідження: рандомізоване контрольоване дослідження з паралельними групами. Протягом 2024-2025 рр. у дослідження були включені 66 пацієнтів з артрогеними контрактурами суглобів нижніх кінцівок, із середнім віком 39,5 років, що отримували реабілітацію на базі відділення фізичної та реабілітаційної медицини КНП «Міська клінічна лікарня №4» Дніпровської міської ради» за програмою післягострого реабілітації. Критеріями включення були: діагноз посттравматичної контрактури одного або декількох суглобів нижньої кінцівки (кульшового, колінного, гомілковостопного) з обмеженням рухливості артрогенного походження з використанням оцінки патологічного кінцевого відчуття «жорстке», «пружинний блок», «капсулярний тип», що становить від 5% до 15% від норми, виміряний за допомогою гоніометрії [7, 10], старше 18 років, можливість самостійного пересування (з/без допоміжних засобів), загоєння післяопераційних ран (у разі оперативного втручання), надання письмової інформованої згоди на участь у дослідженні. Критерії виключення: використання апарата ої фіксації, ознаки декомпенсації серцево-судинних та інших захворювань, захворювання суглобів нижніх кінцівок в анамнезі, що призвели до стійкого обмеження рухливості, вроджені або набуті деформації суглобів нижніх кінцівок, недостатній рівень когнітивних функцій, що обмежує здатність розуміти інструкції фізичного терапевта (менше 24 балів за Монреальським когнітивним тестом (МоСА), за візуально-аналоговою шкалою (ВАШ), відмова в наданні інформованої письмової згоди на участь у дослідженні, наявність клінічних ознак ураження верхнього або нижнього рухового нейрона, наявність кінцевого відчуття «кістка до кістки» суглоба [2, 11]. За результатами застосування критеріїв виключення з дослідження вибули 6 пацієнтів, зокрема 1 особа мала апарат ьої фіксації, 3 пацієнти – запалення та активну фазу , 1 пацієнт – рівень МоСА 19 балів, 1 – відмовився надати згоду на участь у дослідженні.

Після застосування критеріїв включення-виключення в подальшому дослідженні продовжили участь 60 пацієнтів, яких розподіляли відповідно до рандомізаційної таблиці, що була заздалегідь сформована в сервісі Google Sheets (Google-таблиці), до двох груп (основну і контрольну) по 30 осіб в кожній. Сформовані групи не відрізнялись за віком, за статтю, (табл. 1). У дослідженні брали участь пацієнти у віці від 20 до 53 років, середній вік становив 39,5 (7,3) років, 26,7% з яких склали жінки, 73,3% – чоловіки, у контрольній – 93,3% чоловіки, жінки – 6,7% (р<0,05).

Контрольна група отримувала стандартну фізичну терапію тривалістю 60 хвилин за заняття. Програма фізичної терапії для пацієнтів контрольної групи була розроблена на основі рекомендацій клінічної настанови NICE-2022 з реабілітації травматичних ушкоджень: тренування ходьби, вправи на розтягання, рівновагу, силу. Заняття проводились 5 разів на тиждень (4 тижні) під час стаціонарного етапу та 5 разів на тиждень (2 тижні) на амбулаторному етапі відповідно до пакетів медичних гарантій. У віддаленому періоді пацієнти виконували самостійну програму, спрямовану на збільшення гнучкості, сили, рівноваги та швидкості ходьби [NICE – 2022].

Крім стандартної програми на основі рекомендацій клінічної настанови NICE-2022 з реабілітації травматичних ушкоджень, пацієнтам основної групи призначали заняття з використанням роботизованої системи реабілітації зі зворотним біологічним зв’язком «Omego Plus». Програма реабілітації складалася з 60-хвилинних занять, спрямованих на розвиток витривалості та контроль рухів. Пацієнти виконували вправи з опорою на педалі роботизованого пристрою, де поступово зростав опір та збільшувався обсяг рухів у кульшовому, колінному суглобах. Розроблена програма фізичної терапії базувалася на застосуванні функціонально спрямованих тренувань тривалістю 60 хвилин, пріоритетними завданнями яких були розвиток загальної витривалості та вдосконалення нейром’язового контролю рухів. Центральною ланкою були втручання на роботизованому пристрої з біологічним зворотним зв'язком з використанням педальних модулів, що передбачало поступове кінематичне розширення (збільшення амплітуди рухів у кульшовому та колінному суглобах відповідно до функціональних можливостей пацієнта) та впровадження прогресуючого опору для інтенсифікації м’язової відповіді.

Для зміцнення м’язів-стабілізаторів застосовували режим, що поєднував ізотонічні рухи з короткочасною ізометричною експозицією (статичною фіксацією) у точках максимальної м'язової напруги. Окремий блок вправ був присвячений ізольованій зміні функцій гомілковостопного суглоба за допомогою спеціалізованих педалей із фіксацією стопи, який реалізовував рух виключно в площині плантарного згинання. Ця біомеханічна модель дозволяла акцентувати увагу на керованому ексцентричному навантаженні м’язів дорсального згинання, що є критично важливим фактором для відновлення фізіологічних фаз опору та переносу стопи під час ходьби.

Дозування фізичного навантаження здійснювалося за індивідуалізованим принципом на основі моніторингу об’єктивного статусу пацієнта шляхом гоніометрії цільових суглобів для визначення доступного безболісного діапазону рухів. Контроль реалізовувався за допомогою болю (ВАШ), допустимим порогом вважалася інтенсивність больового синдрому не більше 6 балів, при перевищенні якого рівень навантаження негайно коригувався. Додатково враховувалася суб’єктивна оцінка самопочуття пацієнта та наявність ознак загальної втоми під час заняття.

Оцінювання стану пацієнтів проводилось тричі: при надходженні (візит 1), у кінці 6 тижня (візит 2) та через 3 місяці після виписки (візит 3). За результатами кожного візиту програма фізичної терапії коригувалася, зокрема змінювалося дозування, тип та тривалість вправ. Для контролю виконання самостійних вправ пацієнти використовували електронний щоденник у Google-таблицях [16]. Його метою було відстеження прогресу в збільшенні обсягу рухів, сили та збільшення показників швидкості ходьби. Щоденник мав чітку структуру, включаючи розділи для фіксації даних гнучкості (назва вправи, кількість повторень, тривалість), сили (вага/повторення, підходи), рівноваги (час утримання, підходи) та тренування ходьби (тип, тривалість). Додатково пацієнти зазначали дату, суб'єктивну оцінку болю, загальне самопочуття та інші коментарі щодо прогресу. Комплексне обстеження пацієнтів базувалося на застосуванні інструментів та шкал, що дозволило забезпечити методологічне порівняння результатів з актуальними міжнародними даними [8, 24, 25]. Протокол оцінювання охоплював аналіз когнітивного статусу за допомогою Монреальської шкали (MoCA) [8, 18] верифікацію м’язової сили шляхом мануального м’язового тестування (MMT) та вимірювання обсягу рухів методом гоніометрії. Суб’єктивну інтенсивність больового синдрому фіксували за ВАШ, тоді як показники функціональної мобільності визначали за допомогою 10-метрового тесту (10MWT). Статистичний аналіз результатів дослідження проводили з використанням програми STATISTICA 6.1 (Statsoft Inc., США, ліцензійний № AGAR909E415822FA). Гіпотезу щодо нормальності розподілу показників оцінювали за критерієм Шапіро-Вілка. Нормально розподілені кількісні дані представлені у форматі М(SD), де М – середня арифметична величина, SD – середньоквадратичне відхилення, а ненормально розподілені – Mе (Q25;Q75), де Ме – медіана, Q25, Q75 – 25, 75 квартилі відповідно. Якісні дані представлені абсолютною кількістю спостережень (n) та відносною величиною (%). Оцінювання вірогідності відмінностей незалежних груп за кількісними показниками здійснювали за допомоги U-критерію Манна-Вітні, у пов’язаних групах – за критерієм Вілкоксона. Порівняльний аналіз за якісними показниками між групами проводився за критерієм хі-квадрат Пірсона. Відмінності вважали статистично достовірними за умови, що «р» менше 0,05 [12].

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

За результатами підсумкової гоніометрії суглобів нижніх кінцівок було встановлено, що пацієнти основної групи продемонстрували статистично високозначущу перевагу у відновленні активного згинання колінного суглоба (p=0,0005), досягнувши показників функціональної норми 120 градусів, тоді як у контрольній групі зберігалося клінічно виражене обмеження рухливості. При дослідженні гомілковостопного суглоба за показником активного дорсального згинання також було виявлено достовірну перевагу основної групи, у якій зафіксовано суттєвіший приріст амплітуди рухів порівняно з контрольною групою (p=0,0008). Оцінка функціонального стану кульшового суглоба засвідчила, що пацієнти обох груп досягли цільових показників активного згинання на момент завершення курсу реабілітації, проте в основній групі було зафіксовано вищі темпи відновлення амплітуди на проміжних етапах спостереження та вищу однорідність отриманих результатів у межах вибірки (мінімальна варіабельність значень), (табл. 2).

Хоча темпи зростання м’язової сили були схожими в обох групах, пацієнти основної групи досягли достовірно вищих абсолютних показників сили м’язів стегна, зокрема тих, що відповідають за відведення та внутрішню ротацію. Завдяки можливості системи «Omego Plus» точно дозувати навантаження було досягнуто значного зміцнення м'язів (табл. 3).

Аналіз результатів 10-метрового тесту (10MWT) виявив позитивну динаміку зростання швидкості ходьби в обох групах протягом усього курсу реабілітації. Проте порівняльний аналіз між групами показав, що статистично значуща перевага основної групи над контрольною сформувалася лише під час 3-го візиту. Хоча в основній групі спостерігалося достовірне покращення показників на кожному етапі (між 1, 2 та 3-м візитами), саме на завершальному етапі було зафіксовано міжгрупову різницю, що підтверджує кумулятивний ефект роботизованої терапії та її перевагу в довгостроковій перспективі відновлення швидкості та якості ходьби (рис. 1, 2).

Упровадження роботизованої системи в протокол фізичної терапії підтвердило її високу ефективність у зниженні больового синдрому. В обох групах було зафіксовано зниження інтенсивності болю. Слід підкреслити наявність достовірної різниці показників саме між ІІ та ІІІ етапами оцінювання (p<0,05), що вказує на виражену позитивну динаміку у віддаленому періоді реабілітації. Така закономірність свідчить про анальгезуючий ефект застосованих методів та стійкість досягнутого терапевтичного результату на фінальних етапах відновлення (рис. 3).

Отримані результати підтверджують гіпотезу про високу терапевтичну ефективність поєднання інтеграції роботизованої системи «Omego Plus» з акцентованим ексцентричним навантаженням. Досягнення пацієнтами основної групи функціональної норми згинання колінного суглоба 120 градусів зі статистично високозначущою перевагою над контрольною групою (p=0,0005) свідчить про те, що режим тренувань сприяє ефективнішому подоланню м'язової ригідності та іммобілізаційних контрактур. Ми припускаємо, що використання короткочасних ізометричних зупинок у точках максимальної напруги дозволяє оптимізувати нейром'язову відповідь та покращити пропріоцептивну аферентацію, чого важко досягти при стандартних пасивних або суто ізотонічних вправах. Особливої уваги заслуговує динаміка гомілковостопного суглоба: достовірний приріст амплітуди дорсального згинання (p=0,0008) в основній групі безпосередньо пов’язаний із застосуванням специфічного режиму педалювання. Використання педалей із фіксацією стопи забезпечило умови для ізольованого ексцентричного навантаження для дорсального згинання стопи, що є патогенетично обґрунтованим фактором відновлення еластичності м’язово-сухожилкового комплексу та підготовки пацієнта до фізіологічного перекату стопи під час ходьби. Хоча показники кульшового суглоба в обох групах досягли цільових орієнтирів, вищі темпи відновлення та низька варіабельність результатів в основній групі вказують на стабільність і прогнозованість роботизованого втручання. Це дозволяє стверджувати, що запропонований метод мінімізує вплив суб'єктивних факторів на процес реабілітації та забезпечує швидше досягнення клінічно значущого функціонального результату, що має важливе значення для скорочення термінів відновного лікування.

Аналіз динаміки м’язової сили дозволяє стверджувати, що застосування роботизованої системи «Omego Plus» забезпечує якісну перевагу у відновленні функціональної спроможності м’язів стегна. Попри те, що темпи зростання сили (∆ Ме) були порівняними в обох групах, статистично значуще вищі абсолютні показники в основній групі на момент завершення дослідження вказують на потужніший кумулятивний ефект розробленої програми. Досягнення вищих значень сили відвідних м’язів та внутрішніх ротаторів стегна (p=0,02 та p=0,04 відповідно) має ключове значення для стабілізації таза та забезпечення правильної біомеханіки ходьби, що часто є дефіцитарним показником при стандартній реабілітації.

Особливий інтерес викликає хронологія появи міжгрупових відмінностей. Більш раннє досягнення переваги в силі внутрішніх ротаторів (уже на візиті 2, p=0,04) може бути зумовлене специфікою роботи на педальних модулях, які вимагають постійної стабілізації стопи та гомілки, активуючи глибокі м’язи кульшового комплексу. Ми припускаємо, що збільшення силових показників у цьому випадку відбувається не лише за рахунок гіпертрофії м’язових волокон, а насамперед завдяки інтенсивному рекрутуванню рухових одиниць та покращенню нейром’язової координації. Використання роботизованої системи «Omego Plus» зі зворотним біологічним за стабільний опір та зворотний зв’язок, що дозволяє пацієнту точніше дозувати зусилля та активувати м’язові групи, які до цього не брали участь. Таким чином, запропонований підхід дозволяє швидше сформувати необхідний силовий потенціал для переходу до більш складних завдань для забезпечення потреби переміщень та ходьби, що скорочує загальний термін функціонального відновлення.

Аналіз динаміки швидкості ходьби за результатами 10-метрового тесту (10MWT) свідчить про стійку позитивну траєкторію відновлення локомоторної функції в обох досліджуваних групах. Проте виявлена закономірність, за якої статистично значуща міжгрупова перевага на користь основної групи сформувалася лише на етапі візиту 3, заслуговує на окрему увагу та патогенетичне обґрунтування.

Ми припускаємо, що такий відтермінований характер статистичної переваги є прямим доказом кумулятивного ефекту роботизованої терапії. На відміну від стандартних методів, роботизована система забезпечує високу інтенсивність та прецизійну повторюваність циклічних рухів, що є критичним для консолідації нових рухових патернів. Відсутність міжгрупової різниці на етапі візиту 2 при наявності достовірного внутрішньогрупового покращення вказує на те, що перші тижні реабілітації були періодом накопичення функціонального потенціалу (збільшення амплітуди рухів та сили м’язів).

Перевага, зафіксована на завершальному етапі (візит 3), вказує на успішну функціональну інтеграцію отриманих біомеханічних приростів у цілісний акт ходьби. Вища швидкість ходьби в пацієнтів основної групи на момент завершення курсу підтверджує, що застосований протокол дозволяє не лише покращити окремі параметри (силу чи об’єм рухів), а й трансформувати їх у якісну зміну спроможності функції ходьби. Таким чином, роботизована терапія демонструє вищу ефективність у довгостроковій перспективі, забезпечуючи кращу адаптацію пацієнта до щоденних функціональних навантажень.

Упровадження роботизованої системи «Omego Plus» зі зворотним біологічним зв’язком у протокол фізичної терапії засвідчило її суттєвий анальгезуючий потенціал. Позитивна динаміка зниження інтенсивності больового синдрому в обох досліджуваних групах підкреслює фундаментальну роль контрольованої рухової активності в процесах модуляції ноцицептивної відповіді. Проте виявлена статистично значуща різниця показників саме між ІІ та ІІІ етапами оцінювання (p<0,05) вказує на виражений накопичувальний характер терапевтичного впливу та його особливу ефективність у довготривалому періоді реабілітації. Ми припускаємо, що така закономірність зумовлена поступовою функціональною адаптацією нейром’язового апарату до навантажень та поступовим зниженням явищ центральної сенситизації на фоні відновлення фізіологічної біомеханіки рухів. Використання роботизованої системи дозволяє забезпечити прецизійне дозування амплітуди та опору, що мінімізує ризик механічного подразнення тканин і сприяє стійкому регресу болю. Стійкість досягнутого результату на завершальному етапі відновлення підтверджує, що запропонована методика сприяє формуванню стабільних компенсаторних механізмів, що має вирішальне значення для підвищення комплаєнсу пацієнтів та успішної реалізації складніших функціональних завдань.

Таким чином, клініко-функціональне обґрунтування інтеграції роботизованої системи «Omego Plus» у протокол реабілітації пацієнтів з артрогенними контрактурами дозволило сформулювати низку стратегічно важливих висновків, що доповнюють та розширюють сучасну доказову базу.

1. Терапевтична специфічність при артрогенних ураженнях

Це дослідження спрямоване на усунення суттєвої наукової прогалини в менеджменті контрактур суглобів. У той час, як більшість наявних клінічних настанов зосереджені на корекції міогенних скорочень [15], наша робота вперше демонструє високу ефективність роботизованої терапії при артрогенних змінах, які характеризуються резистентністю до стандартної фізичної терапії через глибоку структурну перебудову суглобових елементів. Верифікація результативності методу в цій складній когорті пацієнтів є логічним продовженням попередніх напрацювань [14] та вказує на ширший терапевтичний діапазон системи «Omego Plus» порівняно зі стандартними методами механотерапії.

2. Досягнення функціональних цільових результатів та нейром’язова оптимізація

На відміну від багатьох досліджень, що фіксують лише загальне покращення мобільності [1, 22, 23], отримані нами дані свідчать про досягнення клінічно значущої функціональної норми (згинання колінного суглоба 120 градусів, p=0,0005). Такі результати є прямим наслідком застосування розробленого динамічного режиму. Особливу наукову новизну становлять дані щодо прецизійного зміцнення м’язів-стабілізаторів: достовірно вищі абсолютні показники сили відвідних м’язів та внутрішніх ротаторів стегна (p=0,02 та p=0,04 відповідно) підтверджують гіпотезу про здатність роботизованої системи з біологічним зворотним зв’язком забезпечувати ефективніше рекрутування рухових одиниць глибоких м’язових груп.

3. Кумулятивна траєкторія відновлення та нейромодулюючий ефект

Аналіз результатів виявив специфічну часову закономірність відновлення локомоторної функції та модуляції болю. Формування статистично значущої міжгрупової переваги у швидкості ходьби (10MWT) виключно на завершальному етапі (візит 3) обґрунтовує кумулятивний характер роботизованого втручання, необхідний для стійкої нейромоторної адаптації та інтеграції біомеханічних приростів у цілісний патерн ходьби. Водночас пролонгований регрес больового синдрому, найбільш виражений на фінальних етапах втручання (p<0,05), вказує на нейромодулюючий вплив циклічного роботизованого навантаження. Це дозволяє стверджувати, що застосований протокол сприяє зниженню явищ центральної сенситизації та формуванню стабільних компенсаторних механізмів. Таким чином, інтеграція «Omego Plus» у післягострому періоді забезпечує не лише швидку корекцію окремих функцій, а й якісно вищий рівень нейром’язового контролю, результати якого залишаються стійкими в катамнестичному періоді спостереження.

ВИСНОВКИ

1. ---

   Застосування системи «Omego Plus» забезпечує статистично значуще відновлення амплітуди згинання колінного суглоба та плантарного згинання гомілки до рівня функціональної норми, на відміну від стандартної терапії, де зберігається обмеження рухливості.
2. Застосування дозованих тренувань з використанням роботизованих систем забезпечує виражений приріст силового потенціалу цільових м'язів стегна (абдукторів та внутрішніх ротаторів). Це створює надійну біомеханічну основу для стабілізації суглоба та відновлення фізіологічного патерна ходьби.
3. Регулярне циклічне навантаження забезпечує виражений пролонгований анальгезуючий ефект (p<0,05), зумовлений зниженням збудливості рецепторів, що дозволяє суттєво розширити безбольовий діапазон рухів.
4. Покращення швидкості ходьби (10MWT) має накопичувальний характер; досягнення стійкої нейромоторної адаптації та зміна рухового стереотипу потребують завершення повного реабілітаційного курсу.
5. Синергія відновлення мобільності, збільшення сили та мінімізації болю забезпечує якісно вищий рівень нейром’язового контролю, сприяючи поверненню пацієнтів до фізіологічного патерна ходьби в післягострому періоді.

Внески авторів:

Рягузова О.Т. – ресурси, концептуалізація, методологія, проведення дослідження, курація даних, формальний аналіз та інтерпретація, написання – початковий проєкт, написання – рецензування та редагування;

Неханевич О.Б. – концептуалізація, написання – початковий проєкт, написання – рецензування та редагування, ведення, адміністрування проєкту;

Логвиненко В.В. – перевірка, написання – рецензування та редагування.

Фінансування. Дослідження не має зовнішніх джерел фінансування.

Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.

REFERENCES

1. Banyai AD, Brișan C. Robotics in physical rehabilitation: Systematic review. Healthcare. 2024;12(17):1720. doi: https://doi.org/10.3390/healthcare12171720
2. Cyriax J. Textbook of orthopaedic medicine. Vol. 1. Diagnosis of soft tissue lesions. 8th ed. London: Bailliere Tindall; 1982. PMCID: PMC1439227
3. DeLisa JA, Gans BM, Walsh NE, editors. Physical medicine and rehabilitation: Principles and practice. 4th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2005. ISBN: 9780781741309
4. Dolhopolov OV, Polishko VP, Yarova ML. [Epidemiology of musculoskeletal diseases in Ukraine during 1993-2017]. Bull Orthop Traumatol Prosthet. 2019;4:101-8. Ukrainian.
   doi: https://doi.org/10.37647/0132-2486-2019-103-4-96-104
5. Guriev SO, Kushnir VA, Solovyov OS. [Clinical and anatomical characteristics of road traffic injuries in a megalopolis. Second report: anatomical verification of injuries]. Emergency Medicine. 2020;3:73-8. Ukrainian.
6. Kaneguchi A, Ozawa J, Minamimoto K, Yamaoka K. Low-level laser therapy prevents treadmill exercise-induced progression of arthrogenic joint contracture via attenuation of inflammation and fibrosis in remobilized rat knees. Inflammation. 2019;42(3):857-73. doi: https://doi.org/1007/s10753-018-0941-1
7. Kyrychenko A, Khanyukova I, Moroz O, et al. Disability trends among elderly Ukrainians in war conditions: a 10-year retrospective study. Aging Clin Exp Res. 2024;36(1):211.
   doi: https://doi.org/1007/s40520-024-02863-y
8. Lim J, Choi A, Kim B. The effects of resistance training on pain, strength, and function in osteoarthritis: Systematic review and meta-analysis. J Pers Med. 2024;14(12):1130. doi: https://doi.org/3390/jpm14121130
9. Mezentseva I, Kuzmenko O, Vambol S, et al. Trends and challenges of chronic occupational morbidity in Ukraine: A sectoral analysis and preventive strategies. Diversity: Disease Preventive of Research Integrity. 2025;5(2):60-68. doi: https://doi.org/10.24252/diversity.v5i2.52247
10. Nekhanevych O, Griban G, Sekretnyi V, et al. Predicting the effectiveness of physical therapy in hockey players after cerebral concussion. Int J Hum Movement Sports Sci. 2023;11(2):316-25. doi: https://doi.org/13189/saj.2023.110208
11. Ombregt L. A system of orthopaedic medicine. 3rd ed. Oxford: Churchill Livingstone Elsevier; 2013. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-7020-3145-8.00001-6
12. Pyrizhkov SI, Riazantseva VV, Motoryn RM. [Statistics: a textbook]. [Internet]. Kyiv: Kyiv National University of Trade and Economics; 2020 [cited 2025 Dec 03]. Available from: https://ur.knute.edu.ua/server/api/core/bitstreams/f4c44170-66d0-43b2-b765-30fad164a410/content
13. Reddy KJ. Motor rehabilitation and biofeedback. In: Innovations in Neurocognitive Rehabilitation. Cham: Springer; 2025. p. 231-66. doi: https://doi.org/1007/978-3-031-88117-6_11
14. Riahuzova O, Nekhanevych O. [Effectiveness of the robotic rehabilitation system with biofeedback "Omego Plus" in patients with myogenic contractures of the lower limb joints]. Aktual Probl Suchasnoi Med. 2025;25(3):239-45.
    doi: https://doi.org/10.31718/2077-1096.25.3.239
15. Svane C, Nielsen JB, Lorentzen J. Nonsurgical treatment options for muscle contractures in individuals with neurologic disorders: A systematic review with meta-analysis. Arch Rehabil Res Clin Transl. 2021;3(1):100104. doi: https://doi.org/1016/j.arrct.2021.100104
16. Tariq H, Dunn J, Forrester S, et al. Development and evaluation of a quality improvement educational video on joint contractures for care home staff. BMJ Open Qual. 2024;13(4):e002923.
    doi: https://doi.org/1136/bmjoq-2024-002923
17. Tecer D, Yaşar E, Adıgüzel E. Which treatment protocol is better in rehabilitation of joint contracture? Gulhane Med J. 2020;62(1):14-20. doi: https://doi.org/4274/gulhane.galenos.2019.702
18. Totska AV, Nekhanevych OB, Korota YuV, et al. Effectiveness of using compensatory strategies in the rehabilitation of patients with visual-spatial neglect during the post-acute period of rehabilitation of acute cerebral stroke. Medicni perspectivi. 2025;30(1):127-34. doi: https://doi.org/26641/2307-0404.2025.1.325373
19. Trutiak I, Malytskyi V, Samotovka M, et al. Problematic issues of limb amputation in wounded with combat trauma. Proc Shevchenko Sci Soc Med Sci. 2023;2(72):2-4. Ukrainian.
    doi: https://doi.org/10.25040/ntsh2023.02.08
20. Trutiak IR, Prokhorenko HA, Los DV, et al. [Treatment of combat limb trauma in a military medical clinical center]. Ukr Med News. [Internet]. 2023 [cited 2025 Dec 03];3-4:106-7. Ukrainian. Available from: https://umv.com.ua/index.php/journal/article/view/182
21. Tyazhelov OA, Khasavneh Ayham AM, Karpinska OD, et al. [Conceptual model of the process of forming immobilization contractures]. Orthop Traumatol Prosthet. 2021;1:44-51. Ukrainian. doi: https://doi.org/15574/OTP.2021.122.44
22. Wang H, Shen H, Han Y, et al. Effect of robot-assisted training for lower limb rehabilitation on lower limb function in stroke patients: a systematic review and meta-analysis. Front Hum Neurosci. 2025;19:1549379. doi: https://doi.org/3389/fnhum.2025.1549379
23. Wu K, Pan HH, Lin CH. Robotic exoskeletons and total knee arthroplasty: The future of knee rehabilitation and replacement – A meta-analysis. Medicine. 2024;103(17):e37876. doi: https://doi.org/1097/MD.0000000000037876
24. Yokochi M, Nakamura M, Iwata A, et al. Characteristics of lower limb muscle activity during walking and stair climbing with full weight bearing in postoperative ankle fracture patients. Cureus. 2025;17(7):e87620. doi: https://doi.org/7759/cureus.87620
25. Zhong Y, Liu H, Li A. Efficacy of comprehensive rehabilitation training for elderly patients with lower limb fractures after surgery. Pak J Med Sci. 2025;41(7):2046-51. doi: https://doi.org/12669/pjms.41.7.12125
26. Zhou CX, Wang F, Zhou Y, et al. Formation process of extension knee joint contracture following external immobilization in rats. World J Orthop. 2023;14(9):669-81. doi: https://doi.org/10.5312/wjo.v14.i9.66

Деталі

Перегляди: 104

Key words: creatine kinase, physical exercise, physical fitness, muscle damage

Ключові слова: креатинкіназа, фізичні вправи, фізична форма, пошкодження м’язів

Abstract

Creatine kinase (CK) is a key enzyme in cellular energy metabolism, playing a role in the regeneration of adenosine triphosphate through the phosphocreatine system, particularly in tissues with high energy demands such as skeletal muscle. Under normal conditions, CK is present within muscle cells, so its blood levels are relatively low. However, strenuous or unusual physical exercise especially with eccentric contractions can cause mechanical and metabolic stress that disrupts muscle fiber integrity and increases cell membrane permeability. Microdamage to the sarcolemma, accompanied by oxidative stress, inflammatory responses, and disruption of intracellular calcium homeostasis, are thought to cause the release of CK from muscle cells into the bloodstream. Although CK is widely used as a biomarker of exercise-induced muscle damage, its increased levels do not always correlate directly with the degree of muscle damage or functional impairment, so the exact mechanism of post-exercise CK release remains incompletely understood. The aim of this study was to determine the effect of physical exercise on increasing CK levels. We reviewed several literature databases, including Scopus, Pubmed, Web of Science, and Science Direct, for our systematic review investigation. The search was conducted for articles published between 2015-2025 that discussed physical exercise and CK. Using the Scopus, Web of Science, Pubmed, and Science Direct databases, 1,450 published publications were identified. For this systematic review, nine papers that met the inclusion criteria were selected and reviewed. This study evaluated the standard operating procedure using the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA). Based on 9 reviewed papers it has been proven that physical exercise has been proven to increase CK levels significantly. Exercise-induced CK elevations serve as a valuable, albeit nonspecific, indicator of muscle damage. Understanding the variability in CK responses is critical to designing training and recovery programs for athletes in order to achieve optimal physical performance.

Реферат

Зміни креатинкінази, викликані фізичними вправами: систематичний огляд. Путро Б.Н., Вібава Дж.К., Аюбі Н. Креатинкіназа (КК) – ключовий фермент клітинного енергетичного метаболізму, що відіграє роль регенерації аденозинтрифосфату через фосфокреатинову систему, особливо в тканинах з високими енергетичними потребами, як-от скелетні м’язи. За нормальних умов КК присутній у м’язових клітинах, тому його рівень у крові відносно низький. Однак інтенсивні або незвичайні фізичні навантаження, особливо з ексцентричними скороченнями, можуть викликати механічний та метаболічний стрес, який порушує цілісність м’язових волокон та збільшує проникність клітинної мембрани. Вважається, що мікроушкодження сарколеми, що супроводжуються окиснювальним стресом, запальними реакціями та порушенням внутрішньоклітинного кальцієвого гомеостазу, призводять до вивільнення КК з м’язових клітин у кровотік. Хоча КК широко використовується як біомаркер пошкодження м’язів, викликаного фізичними вправами, її підвищений рівень не завжди прямо корелює зі ступенем пошкодження м’язів або функціональними порушеннями, тому точний механізм вивільнення КК після тренування залишається недостатньо вивченим. Метою цього дослідження було визначення впливу фізичних вправ підвищення рівня КК. Для проведення систематичного огляду ми проаналізували кілька баз даних наукової літератури, включаючи Scopus, PubMed, Web of Science та Science Direct. Пошук проводився за статтями, опублікованими в період з 2015 до 2025 року, у яких обговорювалися фізичні вправи та КК (креатинкінази). За допомогою баз даних Scopus, Web of Science, PubMed та Science Direct було виявлено 1450 опублікованих робіт. Для цього систематичного огляду було відібрано та проаналізовано дев'ять статей, що відповідають критеріям включення. У цьому дослідженні оцінювалася стандартна робоча процедура з використанням PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses). З аналізу 9 статей було доведено, що фізичні вправи значно підвищують рівень КК. Підвищення рівня КК, викликане фізичними вправами, є цінним, хоч і неспецифічним індикатором ушкодження м’язів. Розуміння варіабельності реакції КК має вирішальне значення для розробки тренувальних і відновлювальних програм для спортсменів з досягнення оптимальної фізичної працездатності.

Physical exercise is known as a non-pharmacological therapy in an effort to improve the health and standard of living of humans. However, physical exercise, in addition to making you healthy, also triggers certain conditions that result in an imbalance in the body's homeostasis if not done properly and correctly according to WHO recommendations. A rise in ROS (reactive oxygen species) is another indicator that physical activity causes oxidative stress [1]. Exercise causes the body's oxygen consumption to rise by 20-100 times greater than usual, making it impossible for the oxygen supply to keep up [2]. It is well recognized that the body contains a number of ROS, such as hydrogen peroxide (H₂O₂), hydroxyl radicals (OH-), and superoxide anions (O₂-). When physical exercise causes stress, these ROS are known to be essential for cellular physiological functions [3]. During exercise, skeletal muscles also help produce ROS, which is essential for gene expression, cellular signal transduction, strength enhancement, and muscle mass maintenance. However, excessive ROS levels will interfere with muscle contraction and performance continuity [2]. However, we are all aware that excessive ROS production during exercise can lead to oxidative stress, which exacerbates existing medical issues [3]. The body's overproduction of ROS can potentially damage cell biomacromolecules, leading to aging, muscle cell death, and damage to lipids, proteins, and nucleic acids physiological events that happen during physical activity [4]. Apart from that, ROS is a normal physiological reaction that happens during exercise to initiate additional signal transductions [5].

The main cause of exercise-induced muscle damage (EIMD) is unfamiliar physical activity, particularly if it includes a lot of eccentric contractions [6]. Along with a brief loss of muscle strength, this breakdown process usually causes delayed onset muscle soreness (DOMS), which usually starts a few hours after activity and peaks gradually over a few days [7]. In recent decades, numerous ideas have been proposed to explain the process of deterioration [8], however, the precise process remains unclear. After a great deal of fascial research in recent years, it has been shown that fascia is the main cause of pain during eccentric exercise [9]. Additionally, during DOMS episodes, deep fascial shear dysfunction has been noted, and this is correlated with later DOMS recovery [10]. Therefore, the function of fascial sliding may have a significant impact on DOMS; however, a thorough investigation of this link has not yet been conducted. Additionally, there are biomarkers, including creatine kinase (CK), that indicate muscle injury.

The enzyme creatine kinase (CK), sometimes referred to as creatine phosphokinase, is involved in the synthesis of energy. Tissues that consume a lot of energy, such as the brain and muscles, especially the heart, have higher quantities of this enzyme. Serum CK enzyme levels range from 20-35 to 200-400 U/L at baseline [11]. When exercise damages the skeletal muscle cell structure in the sarcolemma and Z-disc levels, creatine kinase will leak into the circulation [12]. The proportional amount of CK produced, the degree of CK enzyme activity released, and the rate of CK clearance from the blood will all be reflected in the measured serum CK [13]. Additionally, it has been proposed that muscle cells "voluntarily" release adenosine triphosphate (ATP)-consuming enzymes like CK in order to avoid cell death under crucial metabolic conditions [14]. Instead of linking CK to "muscle damage," some studies now associate it with "membrane damage" or "membrane permeability." One qualitative marker of muscle injury, especially in the context of endurance exercise, has been suggested to be elevated plasma CK activity [15]. Serious muscle problems are generally thought to be indicated by serum CK values greater than 5000 U/L [14]. CK has also been proposed as an indicator of recovery, but due to high variability in baseline levels or in response to exercise, there is no general consensus. The underlying mechanism by which exercise can raise CK levels as a sign of muscle injury and the consequences for day-to-day living are still unknown. To accurately explain how CK reacts during exercise, it is crucial to understand its phases and mechanisms. Therefore, the aim of this study was to examine in-depth how physical exercise affects CK levels and to examine the underlying mechanisms.

MATERIALS AND METHODS OF RESEARCH

This study was a systematic review, in which the researchers conducted extensive searches through journal databases such as PubMed, Science Direct, Web of Science, and Scopus. These databases are considered to be the world's largest for collecting high-impact papers with a strong scientific foundation, ensuring their legitimacy and validity are undeniable. Using this first-come, first-served search method, duplicate articles were removed. Using predetermined inclusion and exclusion criteria, the search results were then further refined.

The inclusion criteria for this study were developed reviewing publications since 2015 to 2025 that addressed physical activity and creatine kinase. Additionally, journals that did not adhere to scientific validity requirements or were not listed in reliable search indexes like Scopus, Web of Science, Pubmed, or Science Direct were not included in our research.

The full texts, abstracts, and titles of the papers were added to the Mendeley database after initial evaluation and confirmation. In the first phase, 1,450 publications were found using the databases Scopus, Science Direct, Pubmed, and Web of Science. After the title appropriateness screening, 734 acceptable papers were selected for the second screening stage (Fig.). Following a review of the title, abstract, and keywords, 166 papers were selected for the third round. Upon reviewing each publication, we determined that they matched the inclusion requirements, which include the following: the study must be original, the parameter must be a creatine kinase biomarker, the intervention must be physical activity of any kind, and the sample must be human. At this point, we organized the items based on their overall suitability. Nine papers that met the inclusion criteria were selected for analysis after a thorough review and observation process. The operational requirement for this study was to comply with the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA). In addition, all papers have met research ethics and are in accordance with the Helsinki Declaration.

RESULTS AND DISCUSSION

This study's goal was to ascertain the impact of physical exercise in increasing CK levels after intervention. The results proved that CK levels increased significantly after doing physical exercise. The results of previous studies prove that eccentric workout utilizing an isokinetic dynamometer that involves eccentric knee flexion movements, exercise intensity of a total of 120 repetitions in 10 sets of 12, 30 seconds rest interval proved significant in increasing CK levels after intervention [6]. The findings of additional research also support the notion that the research sample given the intervention to perform 120 maximal eccentric movements with the knee extensor muscles in ten sets of twelve repetitions, with a 30-second break between sets proved significant in increasing CK levels after the intervention [16]. So scientifically, eccentric exercise is proven to increase CK levels. However, we must know how the stages of increase occur and what underlies the increase.

Elderly people who had done previous training so that they participated in the Nijmegen march activities, namely walking with moderate intensity by walking 30, 40, 50 km per day carried out for 4 consecutive days, proved to be significant in increasing CK levels after the exercise intervention [17]. Another finding from the bowling club study was that participants finished a fast bowling skills test in which bowlers (in pairs) executed four distinct fast bowling spells. While the other participant engaged in a simulated fielding exercise, one player executed a series of standardized bowls (in four over sequence) at match intensity, incorporating variations of line (off- and leg-stump) and length (short-, good-, and full-). CK levels significantly increased following the intervention, according to the results [18]. Other data proved that 24 weeks of marathon race preparation training, then participants ran a marathon consisting of running a half, 30 km, and full marathon proved that CK levels increased significantly after the intervention [19].

Supporting this evidence, it is also demonstrated that the findings of additional research support the same conclusion, namely that physical activity intervention raises CK levels [20]. The results of another study conducted on participants with an exercise test intervention for 1 hour on a treadmill and in addition the researchers also compared the effect of temperature on increasing CK levels. The results proved that both the occurrence of temperature differences between cold and hot temperatures after physical exercise interventions proved significant in increasing CK levels [21]. In a different study, participants were given a treadmill with a downhill running exercise intervention on a -10% slope. The participants' initial speed was set at 6 km/h, and after 4 minutes, it was changed to reach 60% of their VO₂max, which was precisely measured and maintained for the duration of the intervention. The findings demonstrated that following the physical exercise intervention, CK levels increased [22]. CK levels also increased after the study sample performed the maximal incremental cycling test [23]. So from the results of the review of several studies that have been compiled in this systematic review, all data show the occurrence of CK levels significantly after performing physical exercise interventions. However, it is known to have increased and we must also know the mechanism underlying the increase in CK levels after physical exercise intervention. Therefore, the following discussion will explore in depth how the physiological mechanisms underlying the increase in CK levels after physical exercise.

Physiological mechanisms of physical exercise in increasing creatine kinase levels

Because it is an enzyme of energy and phosphate metabolism involved in the rapid supply and storage of energy, creatine kinase, an intracellular dimeric or octameric protein, is found in body tissues with high energy consumption [24]. One important modulator of cellular energy homeostasis is creatine kinase (CK). CK creates a sizable pool of quickly diffusing phosphocreatine through the reversible interconversion of creatine to phosphocreatine, which buffers ATP levels in the body both geographically and temporally. Therefore, particularly during activity, CK is essential for tissues like muscle and the brain that have high and changing energy demands [24]. This enzyme, which belongs to the phosphoryl transferase family, makes sure that a phosphoryl group is transferred from creatine phosphate to adenosine diphosphate in a reversible manner, creating adenosine triphosphate [25]. In regular laboratory diagnostics, CK has become an essential diagnostic marker because of its subcellular location and variety of functions [26]. In trauma, oxygen deprivation or muscle exhaustion cell homeostasis is upset cause cell damage and cell membranes become leaky. Intracellular components like CK seep out when the membrane ruptures. The subsequent increase in total CK concentration, which can be measured in blood serum, is caused by the sum of all CK isoenzyme fractions, which are primarily supplied by the skeletal muscle isoenzyme fraction. This may be several times higher than typical levels [12].

A substantial intracellular phosphocreatine pool that prevents a precipitous decline in the global ATP concentration and acts as an efficient temporal energy buffer, is formed in part by isoenzymes. The idea of CK isoenzyme subcellular compartmentation and the restricted free passage of even smaller molecules within the cell, like adenine nucleotides, serve as the foundation for additional CK functions [27]. Despite their partial solubility, CK isoenzymes do exhibit some degree of subcellular structural interaction. Metabolite channeling, also referred to as functional coupling, is the process by which CK is directly or indirectly associated with processes that supply or consume ATP, forming microcompartments that often allow direct ADP and ATP exchange between association partners without combining with the bulk solution [28]. 

For maximum ATP, the local ATP/ADP ratio around the cellular ATPase should be kept high; for oxidative phosphorylation the mitochondrial matrix should have a relatively low ATP/ADP ratio that is possible by the differential microcompartmentalization of CK isoenzymes. According to some theories, CK reactions serve as a kind of intracellular spatial energy transport that makes it easier for high-energy phosphate to move from the mitochondria, which produce ATP, to the cytosol, which uses it, and for the product to return to the mitochondria for rephosphorylation [29]. The CK/phosphocreatine system may theoretically offer the exact localization of mitochondrial and cytosolic isoenzymes, as well as the somewhat quicker diffusion rate of phosphocreatine in comparison to ATP, that results in a spatial "energy shuttle" or "energy circuit," linking the locations of energy generation and consumption [24]. At least in polar and large cells, there is growing evidence that CK and creatine microcompartments and a CK/phosphocreatine shuttle exist, even though some of these roles are still up for debate. Excessive activity in adults raises serum CK levels because it stresses muscle cells, according to studies [30]. Following an intramuscular injection, surgery, electromyography, or biopsy, it may also rise noticeably. Furthermore, CK levels in healthy people exhibit notable physiologic diversity depending on age, sex, and ethnicity, according to other studies [31]. CK increases drastically in skeletal muscle tissue experiencing high energy expenditure [25]. When exercising, it is known that CK levels increase significantly [17]. In addition, increased CK levels are also a sign of muscle damage.

Protein synthesis and degradation interact in a complicated and protracted way as a result of a series of events started by damaged muscle cells [32]. Therefore, muscle atrophy, muscle degeneration, and exercise-induced muscle damage (EIMD) can be caused by the breakdown of proteins [33]. Exercise-induced muscle injury results in altered protein structure, diminished muscular strength, and compromised muscle function. Increased serum levels of skeletal muscle enzymes (lactate dehydrogenase (LDH), myoglobin (Mb), and creatine kinase (CK), as well as decreased force output and neuromuscular deficiencies, are linked to exercise-induced muscle injury [34]. This muscle injury causes EIMD, which is manifested as limb edema, diminished neuromuscular function, and decreased range of motion [34]. These symptoms impair muscular function and make it difficult for athletes to engage in high-intensity training in the days that follow [35]. So maintaining training performance is very necessary, even additional nutrition is very important to maintain physical performance, so that it can be optimal in subsequent training.

Serum creatine kinase and lactate dehydrogenase are indicators of how well the skeletal muscles have adapted metabolically to physical exertion [36]. Serum levels of these enzymes that play a role in the metabolism of muscles, are typically quite low. These enzymes rise dramatically after severe exercise. After intense exercise, both athletes and healthy people have been shown to exhibit changes in blood muscle enzyme activity. Pyruvate is converted to lactic acid during exercise by the enzyme lactate dehydrogenase because active muscles utilize up available oxygen [37]. About 40% of the lactate in the blood is released by skeletal muscle, and the majority of this is subsequently taken up by the kidneys and liver, where it is converted to glucose by oxidation [38]. The muscle enzyme creatine kinase controls the conversion of creatine to phosphocreatine, which is then utilized to produce intracellular adenosine triphosphate [39]. However, during intense anaerobic exercise, creatine supplementation may boost ATP capacity and energy generation, potentially enhancing muscle strength, repetitions, and training volume. These factors may further enhance performance and muscle growth during the training period [40]. In addition, there is an interesting phenomenon of the relationship between CK and catalase (CAT), one of the endogenous antioxidants, during exercise.

CAT depletion happens first during exercise, reflecting rapid consumption to neutralize exercise-induced reactive oxygen species (ROS), whereas CK increases later, peaking after exercise as sarcolemmal damage from cumulative oxidative stress, mechanical tension, and ROS-induced inflammation allows the enzyme to leak into the bloodstream [41]. This temporal dissociation highlights the direct threat to membrane integrity posed by CAT's incapacity to fully counteract oxidative stress. This exacerbates CK release through mitochondrial dysfunction, lipid peroxidation, and protease activation, all of which contribute to the breakdown of muscle structure [42]. Consequently, CK is a delayed signal of permanent damage, but CAT is an early indicator of oxidative imbalance. This leads to a feedback loop in which unresolved oxidative stress (represented by prolonged suppression of CAT) exacerbates mechanical injury (represented by persistently high CK) [43]. As of right now, the rise in CK levels during exercise is a physiological reaction that aims to produce more ATP. To move other organs and perform skeletal muscle activity, the body needs to produce more ATP in order to achieve homeostasis.

Strenght and limitations

This systematic review's advantage is that it just examines randomized controlled trials, which eliminates the chance of unclear cause-and-effect linkages and being the most trustworthy form of scientific data. Furthermore, the samples collected are human-focused, exhibit consistent data, and aren't combined with samples from other categories, like animal samples.

We realize the limitations of this systematic review, we only focus on conducting an in-depth analysis of how exercise affects increased creatine kinase levels. In discussing physiological responses and their mechanisms, it may be felt to be less in-depth, but that is the limitation of researchers because they are aware of the complexity of physiological mechanisms that occur in the body. To examine it in other biomarkers such as how the stages of creatine kinase occur during physical exercise, experimental research is needed. In addition, a comparison between high and low intensity exercise also needs to be studied in depth, therefore further research is recommended to solve this problem.

CONCLUSIONS

1. Regular exercise has been shown to dramatically raise creatine kinase levels, a biomarker of muscle injury, according to the associated papers we found.
2. This is a normal physiological reaction to exercise. This happens as the body tries to produce more adenosin triphosphate in order to meet its needs.

Contributors:

Putro B.N. – data curation, visualization;

Wibawa J.C. – conceptualization, writing, original draft;

Ayubi N. – conceptualization, original draft.

Acknowledgement

We would like to express our gratitude that this publication has received funding from Universitas Sebelas Maret.

Funding. This research received no external funding.

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest.

REFERENCES

1. Wibawa JC, Febrianto N, Fudin MS, Ockta Y, Festiawan R. The mechanism of physical exercise increases glutathione peroxidase as an endogenousantioxidant: a systematic review. Retos. 2025;63:610-9. doi: https://doi.org/10.47197/retos.v63.108856
2. Wang F, Wang X, Liu Y, Zhang Z. Effects of Exercise-Induced ROS on the Pathophysiological Functions of Skeletal Muscle. Oxid Med Cell Longev. 2021 Oct 1;2021:3846122. doi: https://doi.org/10.1155/2021/3846122
3. Wibawa JC, Setiawan A, Pratiwi DJ, et al. Increased activity of the catalase enzyme after physical exercise as a signal for reducing hydrogen peroxide (H2 O2): a systematic review. Fizjoterapia Pol. 2024;5:232-8. doi: https://doi.org/10.56984/8ZG020C7GDL
4. Mendes S, Leal DV, Baker LA, Ferreira A, Smith AC, Viana JL. The Potential Modulatory Effects of Exercise on Skeletal Muscle Redox Status in Chronic Kidney Disease. Int J Mol Sci. 2023 Mar 23;24(7):6017. doi: https://doi.org/10.3390/ijms24076017
5. Ayubi N, Wibawa JC, Sceisarriya VM, et al. Mechanism of physical exercise increases malondialdehyde levels as a marker of oxidative stress: A systematic review. Fizjoterapia2024;24(3):236-41. doi: https://doi.org/10.56984/8zg020a43v
6. Chen J, Cheng F, Yang J, Yang J, Ran J, Liao Y. Effect of tissue flossing on eccentric exercise-induced muscle damage : A randomized controlled trial. Biol Sport. 2025 Feb 5;42(3):177-84. doi: https://doi.org/10.5114/biolsport.2025.147019
7. Hotfiel T, Freiwald J, Hoppe MW, Lutter C, Forst R, Grim C, et al. Advances in Delayed-Onset Muscle Soreness (DOMS): Part I: Pathogenesis and Diagnostics. Sportverletzung-Sportschaden.2018 Dec;32(4):243-50. doi: https://doi.org/10.1055/a-0753-1884
8. Owens DJ, Twist C, Cobley JN, Howatson G, Close GL. Exercise-induced muscle damage: What is it, what causes it and what are the nutritional solutions? Eur J Sport Sci.2019 Feb;19(1):71-85. doi: https://doi.org/10.1080/17461391.2018.1505957
9. Schilder A, Hoheisel U, Magerl W, Benrath J, Klein T, Treede RD. Sensory findings after stimulation of the thoracolumbar fascia with hypertonic saline suggest its contribution to low back pain. Pain. 2014 Feb;155(2):222-31. doi: https://doi.org/10.1016/j.pain.2013.09.025
10. Katayama H, Watanabe A, Machida T. A new perspective on tissue gliding dysfunction bordered by deep fascia as an indicator of delayed onset muscle soreness: A case report. J Bodyw Mov Ther. 2023 Oct;36:251-5. doi: https://doi.org/10.1016/j.jbmt.2023.06.014
11. George MD, McGill NK, Baker JF. Creatine kinase in the U.S. population: Impact of demographics, comorbidities, and body composition on the normal range. Medicine(Baltimore). 2016 Aug;95(33):e4344. doi: https://doi.org/10.1097/MD.0000000000004344
12. Brancaccio P, Maffulli N, Limongelli FM. Creatine kinase monitoring in sport medicine. Br Med Bull. 2007;81-82:209-30. doi: https://doi.org/10.1093/bmb/ldm014
13. Baird MF, Graham SM, Baker JS, Bickerstaff GF. Creatine-kinase- and exercise-related muscle damage implications for muscle performance and recovery. J Nutr Metab.2012;2012:960363. doi: https://doi.org/10.1155/2012/960363
14. Giechaskiel B. Weight Training and Creatine Kinase (CK) Levels: A Literature Review. Int J Sci Res. 2020;9(1):303-11. doi: https://doi.org/10.21275/ART20203985
15. Koch AJ, Pereira R, Machado M. The creatine kinase response to resistance exercise. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2014 Mar;14(1):68-77. PMID: 24583542
16. Santos Cerqueira M, Kovacs D, Martins de França I, Pereira R, da Nobrega Neto SB, Aires Nonato RD, et al. Effects of Individualized Ischemic Preconditioning on Protection Against Eccentric Exercise–Induced Muscle Damage: A Randomized Controlled Trial. Sports Health.2021 Nov-Dec;13(6):554-64. doi: https://doi.org/10.1177/1941738121995414
17. Allard NAE, Janssen L, Lagerwaard B, Nuijten MAH, Bongers CCWG, Rodenburg RJ, et al. Prolonged Moderate-Intensity Exercise Does Not Increase Muscle Injury Markers in Symptomatic or Asymptomatic Statin Users. J Am Coll Cardiol. 2023 Apr 11;81(14):1353-64. doi: https://doi.org/10.1016/j.jacc.2023.01.043
18. Bray JW, Towlson C, Hayes SC, Fogarty M. Creatine kinase and neuromuscular fatigue responses following differing spells of simulated cricket fast bowling. PLoS One. 2025 Jan 22;20(1):e0317692. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0317692
19. D'Alleva M, Sanz JM, Giovanelli N, Graniero F, Mari L, Spaggiari R, et al. The influence of prolonged aerobic exercise on cardiac, muscular, and renal biomarkers in trained individuals with obesity. Eur J Appl Physiol. 2025 May;125(5):1485-500. doi: https://doi.org/10.1007/s00421-024-05697-8
20. Biss S, Teschler M, Heimer M, Thum T, Bär C, Mooren FC, et al. A single session of EMS training induces long-lasting changes in circulating muscle but not cardiovascular miRNA levels: a randomized crossover study. J Appl Physiol. 2023Apr1;134(4):799-809. doi: https://doi.org/10.1152/JAPPLPHYSIOL.00557.2022
21. Beiter T, Erz G, Würden A, Nieß AM. Impact of moderate environmental heat stress during running exercise on circulating markers of gastrointestinal integrity in endurance athletes. Physiol Rep. 2025 Apr;13(7):e70305. doi: https://doi.org/10.14814/phy2.70305
22. Kusmierczyk J, Wiecek M, Bawelski M, Szygula Z, Rafa-Zablocka K, Kantorowicz M, et al. Pre-exercise cryotherapy reduces myoglobin and creatine kinase levels after eccentric muscle stress in young women. Front2024 Jun 19;15:1413949. doi: https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1413949
23. Arriel RA, de Souza HLR, da Mota GR, Marocolo M. Declines in exercise performance are prevented 24 hours after post-exercise ischemic conditioning in amateur cyclists. PloS One. 2018 Nov 9;13(11):e0207053. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0207053
24. Schlattner U, Tokarska-Schlattner M, Wallimann T. Mitochondrial creatine kinase in human health and disease. Biochim Biophys Acta. 2006 Feb;1762(2):164-80. doi: https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2005.09.004
25. Fechner A, Willenberg A, Ziegelasch N, Merkenschlager A, Kiess W, Vogel M. Creatine kinase serum levels in children revisited: New reference intervals from a large cohort of healthy children and adolescents. Clin Chim Acta. 2024 Jun 15;560:119726. doi: https://doi.org/10.1016/j.cca.2024.119726
26. Brewster LM, Van Valkengoed I, van Montfrans GA. African Ancestry vs. Creatine Kinase to Predict Hypertension Control: Time for a Change? Am J Hypertens. 2021 Dec 1;34(12):1264-8. doi: https://doi.org/10.1093/ajh/hpab114
27. Wallimann T, Wyss M, Brdiczka D, Nicolay K, Eppenberger HM. Intracellular compartmentation, structure and function of creatine kinase isoenzymes in tissues with high and fluctuating energy demands: The ‘phosphocreatine circuit’ for cellular energy homeostasis. Biochem J. 1992 Jan 1;281(Pt 1):21-40. doi: https://doi.org/10.1042/bj2810021
28. Schlattner U, Tokarska-Schlattner M, Wallimann T. Metabolite Channeling: Creatine Kinase Microcompartments. 2^ndElsevier Inc.; 2013. doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-378630-2.00283-8
29. Weiss RG, Gerstenblith G, Bottomley PA. ATP flux through creatine kinase in the normal, stressed, and failing human heart. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Jan 18;102(3):808-13. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0408962102
30. Bekkelund SI, Jorde R. Creatine kinase in relation to body fat in a Caucasian overweight and obese population. Scand J Clin Lab Invest. 2018 Feb-Apr;78(1-2):43-8. doi: https://doi.org/10.1080/00365513.2017.1408140
31. Tahmasebi H, Asgari S, Hall A, Higgins V, Chowdhury A, Thompson R, et al. Influence of ethnicity on biochemical markers of health and disease in the CALIPER cohort of healthy children and adolescents. Clin Chem Lab Med. 2020 Mar 26;58(4):605-17. doi: https://doi.org/10.1515/cclm-2019-0876
32. Shen L, Meng X, Zhang Z, Wang T. Physical exercise for muscle atrophy. Adv Exp Med Biol. 2018;1088:529-45. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-13-1435-3_24
33. Damas F, Nosaka K, Libardi CA, Chen TC, Ugrinowitsch C. Susceptibility to Exercise-Induced Muscle Damage: A Cluster Analysis with a Large Sample. Int J Sports Med. 2016 Jul;37(8):633-40. doi: https://doi.org/10.1055/s-0042-100281
34. Therdyothin A, Phiphopthatsanee N. The Effect of Omega-3 on Mitigating Exercise-Induced Muscle Damage. Cureus. 2025 Apr 1;17(4):e81559. doi: https://doi.org/10.7759/cureus.81559
35. Leite CDFC, Zovico VC, Rica RL, Barros BM, Machado AF, Evangelista AL, et al. Exercise-Induced Muscle Damage after a High-Intensity Interval Exercise Session: Systematic Review. Int J Environ Res Public Health. 2023 Nov 20;20(22):7082. doi: https://doi.org/10.3390/ijerph20227082
36. Brancaccio P, Limongelli FM, Maffulli N. Monitoring of serum enzymes in sport. Br J Sports Med. 2006;40(2):96-7. doi:org/10.1136/bjsm.2005.020719
37. Okon IA, Beshel JA, Owu DU, Orie NN, Jim AE, Edet LI. Moderate aerobic exercise improves haematological indices without altering cardio-metabolic enzyme activities in sedentary healthy young adults. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2025 Feb 28;17(1):32. doi: https://doi.org/10.1186/s13102-025-01080-y
38. Tappy L. Metabolism of sugars: A window to the regulation of glucose and lipid homeostasis by splanchnic organs. Clin Nutr. 2021 Apr;40(4):1691-8. doi: https://doi.org/10.1016/j.clnu.2020.12.022
39. Antonio J, Candow DG, Forbes SC, Gualano B, Jagim AR, Kreider RB, et al. Common questions and misconceptions about creatine supplementation: what does the scientific evidence really show? J Int Soc Sports Nutr. 2021 Feb 8;18(1):13.
    doi: https://doi.org/10.1186/s12970-021-00412-w
40. Kreider RB, Kalman DS, Antonio J, Ziegenfuss TN, Wildman R, Collins R, et al. International Society of Sports Nutrition position stand: Safety and efficacy of creatine supplementation in exercise, sport, and medicine.  J Int Soc Sports Nutr. 2017 Jun 13;14:18. doi: https://doi.org/10.1186/s12970-017-0173-z
41. Tu H, Li YL. Inflammation balance in skeletal muscle damage and repair. Front Immunol. 2023 Jan;14:1133355. doi: https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1133355.
42. Zhang X, Liu Y, Li L, Ma W, Bai D, Dugarjaviin M. Physiological and metabolic responses of Mongolian horses to a 20 km endurance exercise and screening for new oxidative-imbalance biomarkers. 2025;15(9):1-18. doi: https://doi.org/10.3390/ani15091350
43. Jena AB, Samal RR, Bhol NK, Duttaroy AK. Cellular Red-Ox system in health and disease: The latest update. Biomed Pharmacother. 2023 Jun;162:114606. doi: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2023.114606