TY - THES A1 - Wochatz, Monique T1 - Influence of different loading conditions on scapular movement and scapular muscle activation patterns T1 - Der Einfluss verschiedener Lastsituationen auf Bewegungs- und Aktivitätsmuster des Schulterblatts N2 - The scapula plays a significant role in efficient shoulder movement. Thus, alterations from typical scapular motion during upper limb movements are thought to be associated with shoulder pathologies. However, a clear understanding of the relationship is not yet obtained.. Scapular alterations may only represent physiological variability as their occurrence can appear equally as frequent in individuals with and without shoulder disorders. Evaluation of scapular motion during increased load might be a beneficial approach to detect clinically relevant alterations. However, functional motion adaptations in response to maximum effort upper extremity loading has not been established yet. Therefore, the overall purpose of this research project was to give further insight in physiological adaptations of scapular kinematics and their underlying scapular muscle activity in response to high demanding shoulder movements in healthy asymptomatic individuals. Prior to the investigation of the effect of various load situation, the reproducibility of scapular kinematics and scapular muscle activity were evaluated under maximum effort arm movements. Healthy asymptomatic adults performed unloaded and maximal loaded concentric and eccentric isokinetic shoulder flexion and extension movements in the scapular plane while scapular kinematics and scapular muscle activity were simultaneously assessed. A 3D motion capture system (infra-red cameras & reflective markers) was utilized to track scapular and humerus motion in relation to the thorax. 3D scapular position angles were given for arm raising and lowering between humerus positions of 20° and 120° flexion. To further characterize the scapular pattern, the scapular motion extent and scapulohumeral rhythm (ratio of scapular and humerus motion extent) were determined. Muscle activity of the upper and lower trapezius and the serratus anterior were assessed with surface electromyography. Amplitudes were calculated for the whole ROM and four equidistant movement phases. Reliability was characterized by overall moderate to good reproducibility across the load conditions. Irrespective of applied load, scapular kinematics followed a motion pattern of continuous upward rotation, posterior tilt and external rotation during arm elevation and a continuous downward rotation, anterior tilt and internal rotation during arm lowering. However, kinematics were altered between maximal loaded and unloaded conditions showing increased upward rotation, reduced posterior tilt and external rotation. Further, the scapulohumeral rhythm was decreased and scapular motion extent increased under maximal loaded movements. Muscle activity during maximum effort were of greater magnitude and differed in their pattern in comparison to the continuous increase and decrease of activity during unloaded shoulder flexion and extension. Relationships between scapular kinematics and their underlying scapular muscle activity could only be identified for a few isolated combinations, whereas the majority showed no associations. Scapular kinematics and scapular muscle activity pattern alter according to the applied load. Alterations between the load conditions comply in magnitude and partially in direction with differences seen between symptomatic and asymptomatic individuals. Even though long-term effects of identified adaptations in response to maximum load are so far unclear, deviations from typical scapular motion or muscle activation should not per se be seen as indicators of shoulder impairment. However, evaluation of alterations in scapular motion and activation in response to maximum effort may have the potential to identify individuals that are unable to cope with increased upper limb demands. Findings further challenge the understanding of scapular motion and stabilization by the trapezius and serratus anterior muscles, as clear relationships between the underlying scapular muscle activity and scapular kinematics were neither observed during unloaded nor maximal loaded shoulder movements. N2 - Das Schulterblatt ist entscheidend für die uneingeschränkte Bewegung und Positionierung der oberen Extremität. Atypische Bewegungsmuster des Schulterblatts werden deshalb oft mit Schulterpathologien in Verbindung gebracht, obwohl die zugrundeliegenden Mechanismen noch nicht ausreichend geklärt sind. Abweichungen stellen möglicherweise nur eine Form physiologischer Variabilität dar, da Veränderungen der Schulterblattbewegung sowohl bei Personen mit als auch ohne Schulterbeschwerden auftreten können. Die Beurteilung der Schulterblattbewegung unter erhöhten Lastbedingungen könnte hilfreich bei der Differenzierung von funktionellen und klinisch relevanten Veränderungen sein. Jedoch sind physiologische Anpassungen der Schulterblattkinematik in Reaktion auf maximale Anforderungen während einer Bewegungsaufgabe der oberen Extremität bisher nicht untersucht. Das Ziel dieses Forschungsprojektes war es deshalb weitere Erkenntnisse hinsichtlich physiologischer Anpassungen der Schulterblattkinematik und ihrer zugrundeliegenden Muskelaktivität zu erlangen. Bevor die Effekte verschiedener Belastungssituationen untersucht wurden, erfolgte die Beurteilung der Reproduzierbarkeit der Schulterblattkinematik sowie der Aktivitätslevel schulterblattstabilisierender Muskeln unter maximaler Anstrengung. Gesunde asymptomatische Erwachsene führten isokinetische Schulterbewegungen in Flexion und Extension unter unbelasteten sowie maximal belasteten Bedingungen durch. Zeitgleich wurde die Schulterblattkinematik sowie die Aktivität schulterstabilisierender Muskeln erfasst. Mit Hilfe eines 3D Kamera Systems (Infrarotkameras & reflektierende Marker) wurden Winkelpositionen des Schulterblatts für Humerus-Positionen zwischen 20° und 120° Flexion bestimmt. Zur weiteren Charakterisierung der Schulterblattbewegung wurde das Ausmaß der Schulterblattrotation sowie der skapulohumerale Rhythmus (Verhältnis von Schulterblatt- und Humerus-Bewegung) ermittelt. Während der Schulterbewegungen wurde die Muskelaktivität des oberen und unteren Trapezius sowie des Serratus anterior mit Oberflächen-Elektromyographie erfasst. Aktivitätslevel wurden für das gesamte Bewegungsausmaß sowie für einzelne Bewegungsphasen berechnet. Eine moderate bis gute Reproduzierbarkeit der Winkelpositionen des Schulterblatts sowie der Aktivitätslevel der schulterblattstabilisierenden Muskulatur konnte unter den verschiedenen Lastbedingungen erreicht werden. Unabhängig von der applizierten Last folgte das Schulterblatt einer kontinuierlichen Aufwärtsrotation, Rückwärtsneigung und Außenrotation während der Schulterflexion und einer kontinuierlichen Abwärtsrotation, Vorwärtsneigung und Innenrotation während der Schulterextension. Bei maximalen Belastungen zeigte das Schulterblatt jedoch eine gesteigerte Aufwärtsrotation sowie eine verringerte Rückwärtsneigung und Außenrotation im Vergleich zur unbelasteten Schulterbewegung. Der skapulohumerale Rhythmus verringerte sich und auch das Ausmaß der Schulterblattrotation war unter maximaler Last erhöht. Die Muskelaktivität zeigte sich unter maximaler Anstrengung nicht nur im Ausmaß gesteigert sondern wies auch ein verändertes Aktivitätsmuster im Verlauf der Bewegungen im Vergleich zur kontinuierlichen Zu- und Abnahme der Aktivität während unbelasteter Bedingungen auf. Korrelationen zwischen dem Ausmaß der Schulterblattrotation und dem Aktivitätslevel der Schulterblattmuskulatur konnten nur für einige wenige isolierte Kombinationen identifiziert werden, während die Mehrheit keine Assoziationen zeigte. Die Kinematik des Schulterblatts und die Aktivitätsmuster der Schulterblattmuskulatur ändern sich in Abhängigkeit der Belastung. Veränderungen der Kinematik und Aktivitätsmuster entsprechen dabei im Ausmaß und teilweise in der Ausrichtung den bekannten Unterschieden zwischen symptomatischen und asymptomatischen Populationen. Obwohl die langfristigen Auswirkungen dieser veränderten Schulterblattkinematik unter maximalen Belastungen bislang unklar sind, sollten Abweichungen von der typischen Bewegung des Schulterblatts sowie bekannter Aktivitätsmuster per se nicht als Indikatoren für eine Beeinträchtigung der Schulterfunktion angesehen werden. Dennoch könnten Untersuchungen der Schulterblattkinematik sowie der Aktivität schulterblattrotierender und –stabilisierender Muskeln unter erhöhten Anforderungen Personen identifizieren die aufgrund mangelnder Anpassung die gesteigerten Lasten nicht kompensieren können. Ein klares Zusammenspiel von Schulterblattkinematik und rotierender sowie stabilisierender Schulterblattmuskulatur ließ sich weder unter unbelasteten noch maximal belasteten Bedingungen aufzeigen. KW - scapular kinematics KW - 3D motion analysis KW - scapular muscles KW - electromyography KW - Schulterblattkinematik KW - 3D-Bewegungsanalyse KW - Schulterblattmuskulatur KW - Elektromyografie Y1 - 2021 ER - TY - THES A1 - Lesinski, Melanie T1 - Modulating factors for drop jump performance T1 - Einflussfaktoren auf die Leistung im Niederhochsprung (Drop Jump) N2 - Background and objectives: Drop jumps (DJs) are well-established exercise drills during plyometric training. Several sports are performed under unstable surface conditions (e.g., soccer, beach volleyball, gymnastics). To closely mimic sport-specific demands, plyometric training includes DJs on both stable and unstable surfaces. According to the mechanical properties of the unstable surface (e.g., thickness, stiffness), altered temporal, mechanical, and physiological demands have been reported from previous cross-sectional studies compared with stable conditions. However, given that the human body simultaneously interacts with various factors (e.g., drop height, footwear, gender) during DJs on unstable surfaces, the investigation of isolated effects of unstable surface conditions might not be sufficient for designing an effective and safe DJ stimulus. Instead, the combined investigation of different factors and their interaction with surface instability have to be taken into consideration. Therefore, the present doctoral thesis seeks to complement our knowledge by examining the main and interaction effects of surface instability, drop height, footwear, and gender on DJ performance, knee joint kinematics, and neuromuscular activation. Methods: Healthy male and female physically active sports science students aged 19-26 years participated in the cross-sectional studies. Jump performance, sagittal and frontal plane knee joint kinematics, and leg muscle activity were measured during DJs on stable (i.e., firm force plate) and (highly) unstable surfaces (i.e., one or two AIREX® balance pads) from different drop heights (i.e., 20 cm, 40 cm, 60 cm) or under multiple footwear conditions (i.e., barefoot, minimal shoes, cushioned shoes). Results: Findings revealed that surface instability caused a DJ performance decline, reduced sagittal plane knee joint kinematics, and lower leg muscle activity during DJs. Sagittal plane knee joint kinematics as well as leg muscle activity decreased even more with increasing surface instability (i.e., two vs. one AIREX® balance pads). Higher (60 cm) compared to lower drop heights (≤ 40 cm) resulted in a DJ performance decline. In addition, increased sagittal plane knee joint kinematics as well as higher shank muscle activity were found during DJs from higher (60 cm) compared to lower drop heights (≤ 40 cm). Footwear properties almost exclusively affected frontal plane knee joint kinematics, indicating larger maximum knee valgus angles when performing DJs barefoot compared to shod. Between the different shoe properties (i.e., minimal vs. cushioned shoes), no significant differences during DJs were found at all. Only a few significant surface-drop height as well as surface-footwear interactions were found during DJs. They mainly indicated that drop height- and footwear-related effects are more pronounced during DJs on unstable compared to stable surfaces. In this regard, the maximum knee valgus angle was significantly greater when performing DJs from high drop heights (60 cm), but only on highly unstable surface. Further, braking and push-off times were significantly longer when performing DJs barefoot compared to shod, but only on unstable surface. Finally, analyses indicated no significant interactions with the gender factor. Conclusions: The findings of the present cumulative thesis indicate that stable rather than unstable surfaces as well as moderate (≤ 40 cm) rather than high (60 cm) drop heights provide sufficient stimuli to perform DJs. Furthermore, findings suggest that DJs on highly unstable surfaces (i.e., two AIREX® balance pads) from high drop heights (60 cm) as well as barefoot compared to shod seem to increase maximal knee valgus angle/stress by providing a more harmful DJ stimulus. Neuromuscular activation strategies appear to be modified by surface instability and drop height. However, leg muscle activity is only marginally effected by footwear and by the interactions of various external factors i.e., surface instability, drop height, footwear). Finally, gender did not significantly modulate the main or interaction effects of the observed external factors during DJs. N2 - Hintergrund und Ziele: Niederhochsprünge (Drop jumps [DJs]) sind wesentlicher Bestandteil vieler Sprungkrafttrainingsprogramme. Um sportartspezifisch zu trainieren und (natürliche) instabile Untergründe wie z. B. Sand, Gras oder Matten zu imitieren, werden DJs immer häufiger auch auf instabilen Unterlagen durchgeführt. Querschnittsstudien haben bereits die Effekte instabiler Unterlagen (z. B. AIREX® Balance Pad) auf DJs aufzeigen können. Da der menschliche Körper während der Ausführung von DJs auf instabilen Unterlagen jedoch noch mit weiteren (externen) Faktoren wie beispielsweise der Fallhöhe und dem Schuhwerk interagiert, ist eine kombinierte Betrachtung dieser Faktoren praxisrelevanter. Die vorliegende Doktorarbeit widmet sich daher den akuten Haupt- und Interaktionseffekten von Untergrundinstabilität, Fallhöhe, Schuhwerk und Geschlecht auf die Sprungleistung, die Kniegelenkskinematik sowie die Beinmuskelaktivierung während eines DJ. Methodik: An den Querschnittsschtudien nahmen gesunde männliche und weibliche Sportstudenten im Alter von 19 bis 26 Jahren teil. Während die Probanden DJs auf stabilien und (hochgradig) instabilen Unterlagen (d. h. ein oder zwei AIREX® Balance Pads), von verschiedenen Fallhöhen (d. h. 20cm, 40cm, 60cm) beziehungsweise mit unterschiedlichem Schuhwerk (d. h. barfuß, minimale Schuhe, gedämpfte Schuhe) durchführten, wurde die Sprungleistung, die Kniegelenkskinematik sowie die Beinmuskelaktivität erfasst. Ergebnisse: DJs auf instabilen im Vergleich zu stabilen Unterlagen führten zu einer signifikant geringeren Sprungleistung, einer geringeren maximalen Knieflexion sowie einer reduzierten Beinmuskelaktivit. Stieg die Untergrundsinstabilität (d. h. zwei vs. ein AIREX® Balance Pad), nahm die maximale Knieflexion und die Beinmuskelaktivität nochmals signifikant ab. Bei DJs von hohen (60 cm) im Vergleich zu moderaten Fallhöhen (≤ 40 cm) nahm die Sprungleistung ab, die maximale Knieflexion und Beinmuskelaktivität hingegen zu. Das Schuhwerk beeinflusste fast ausschließlich die Kniegelenkskinematik. Die Probanden valgisierten das Kniegelenk signifikant stärker, wenn sie barfuß und nicht mit Schuhen sprangen. Zwischen den zwei unterschiedlichen Schuhbedingungen konnte generell kein signifikanter Unterschied ermittelt werden. Die statistischen Analysen ergaben nur wenige signifikante Interaktionseffekte zwischen den untersuchten externen Faktoren. Diese zeigten relativ einheitlich, dass die fallhöhen- und schuhwerkspezifischen Effekte hauptsächlich bei DJs auf einer instabilen gegenüber einer stabilen Unterlage aufzufinden waren. So war der maximale Knievalguswinkel signifikant größer von einer hohen Fallhöhe (60 cm), aber nur auf (hochgradig) instabilen Unterlagen. Auch die Bodenkontaktzeit war signifikant länger, wenn barfuß anstatt mit Schuhen gesprungen wurde, aber nur auf instabilen Unterlagen. Das Geschlecht hatte keinen signifikanten Einfluss auf die akuten Haupt- und Interaktionseffekte der untersuchten externen Faktoren. Schlussfolgerung: Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass stabile gegenüber instabilen Unterlagen sowie moderate (≤ 40 cm) gegenüber hohen Fallhöhen (60 cm) bessere Voraussetzungen bei Sprungübungen zur Steigerung der Sprungleistung schaffen. Zudem scheinen DJs auf hochgradig instabilen Unterlagen von einer hohen Fallhöhe (60 cm) den maximalen Knievalguswinkel und damit auch den Stress für das vordere Kreuzband, zu erhöhen. Eine gesteigerte Knievalgisierung konnte auch beim barfüßigen Springen gegenüber DJs mit Schuhen aufgezeigt werden. Die Beinmuskelaktivität scheint in Abhängigkeit vom Untergrund und auch der Fallhöhe modifiziert zu werden, jedoch kaum für verschiedenes Schuhwerk. Das Geschlecht scheint die ermittelten Haupt- und Interaktionseffekte von Untergrundinstabilität, Fallhöhe und Schuhwerk nicht zusätzlich zu modulieren. KW - stretch-shortening cycle KW - electromyography KW - preactivation KW - short latency response KW - knee flexion angle KW - knee valgus angle KW - biomechanics KW - shoe KW - Dehnungsverkürzungszyklus KW - Elektromyografie KW - Voraktivierung KW - Reflexantwort KW - Knieflexion KW - Knievalgisierung KW - Biomechanik KW - Schuhe Y1 - 2019 ER -