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Trunk loading and back pain

Rumpfbelastungen und Rückenschmerzen

  • An essential function of the trunk is the compensation of external forces and loads in order to guarantee stability. Stabilising the trunk during sudden, repetitive loading in everyday tasks, as well as during performance is important in order to protect against injury. Hence, reduced trunk stability is accepted as a risk factor for the development of back pain (BP). An altered activity pattern including extended response and activation times as well as increased co-contraction of the trunk muscles as well as a reduced range of motion and increased movement variability of the trunk are evident in back pain patients (BPP). These differences to healthy controls (H) have been evaluated primarily in quasi-static test situations involving isolated loading directly to the trunk. Nevertheless, transferability to everyday, dynamic situations is under debate. Therefore, the aim of this project is to analyse 3-dimensional motion and neuromuscular reflex activity of the trunk as response to dynamic trunk loading in healthy (H) and back painAn essential function of the trunk is the compensation of external forces and loads in order to guarantee stability. Stabilising the trunk during sudden, repetitive loading in everyday tasks, as well as during performance is important in order to protect against injury. Hence, reduced trunk stability is accepted as a risk factor for the development of back pain (BP). An altered activity pattern including extended response and activation times as well as increased co-contraction of the trunk muscles as well as a reduced range of motion and increased movement variability of the trunk are evident in back pain patients (BPP). These differences to healthy controls (H) have been evaluated primarily in quasi-static test situations involving isolated loading directly to the trunk. Nevertheless, transferability to everyday, dynamic situations is under debate. Therefore, the aim of this project is to analyse 3-dimensional motion and neuromuscular reflex activity of the trunk as response to dynamic trunk loading in healthy (H) and back pain patients (BPP). A measurement tool was developed to assess trunk stability, consisting of dynamic test situations. During these tests, loading of the trunk is generated by the upper and lower limbs with and without additional perturbation. Therefore, lifting of objects and stumbling while walking are adequate represents. With the help of a 12-lead EMG, neuromuscular activity of the muscles encompassing the trunk was assessed. In addition, three-dimensional trunk motion was analysed using a newly developed multi-segmental trunk model. The set-up was checked for reproducibility as well as validity. Afterwards, the defined measurement set-up was applied to assess trunk stability in comparisons of healthy and back pain patients. Clinically acceptable to excellent reliability could be shown for the methods (EMG/kinematics) used in the test situations. No changes in trunk motion pattern could be observed in healthy adults during continuous loading (lifting of objects) of different weights. In contrast, sudden loading of the trunk through perturbations to the lower limbs during walking led to an increased neuromuscular activity and ROM of the trunk. Moreover, BPP showed a delayed muscle response time and extended duration until maximum neuromuscular activity in response to sudden walking perturbations compared to healthy controls. In addition, a reduced lateral flexion of the trunk during perturbation could be shown in BPP. It is concluded that perturbed gait seems suitable to provoke higher demands on trunk stability in adults. The altered neuromuscular and kinematic compensation pattern in back pain patients (BPP) can be interpreted as increased spine loading and reduced trunk stability in patients. Therefore, this novel assessment of trunk stability is suitable to identify deficits in BPP. Assignment of affected BPP to therapy interventions with focus on stabilisation of the trunk aiming to improve neuromuscular control in dynamic situations is implied. Hence, sensorimotor training (SMT) to enhance trunk stability and compensation of unexpected sudden loading should be preferred.show moreshow less
  • Eine ausgeprägte Rumpfstabilität gilt als vorteilhaft, um den Rumpf bei repetitiven und plötzlich auftretenden hohen Lasten sowohl in Alltagssituationen, am Arbeitsplatz als auch während Training- oder Wettkampfbelastungen im Sport zu stabilisieren und vor Beschwerden bzw. Verletzungen zu schützen. Eine reduzierte Rumpfstabilität wird daher als Risikofaktor für die Entwicklung von Rückenschmerzen angenommen. Eine veränderte Aktivität (verlängerte Reaktionszeit, verlängerte Aktivierungszeiten, erhöhte Ko-Kontraktion) der rumpfumgreifenden Muskulatur sowie ein reduziertes Bewegungsausmaß und eine erhöhte -variabilität des Rumpfes bei Rückenschmerzpatienten sind evident. Diese Unterschiede sind hauptsächlich in quasi-statischen Belastungssituationen mit isolierter Lasteinwirkung direkt am Rumpf nachgewiesen. Eine Übertragbarkeit auf alltagsnahe und dynamische Belastungssituationen ist jedoch kritisch zu hinterfragen. Ziel des Dissertationsprojektes ist die Entwicklung und Validierung eines Diagnostiktools zur Erhebung der RumpfstabilitätEine ausgeprägte Rumpfstabilität gilt als vorteilhaft, um den Rumpf bei repetitiven und plötzlich auftretenden hohen Lasten sowohl in Alltagssituationen, am Arbeitsplatz als auch während Training- oder Wettkampfbelastungen im Sport zu stabilisieren und vor Beschwerden bzw. Verletzungen zu schützen. Eine reduzierte Rumpfstabilität wird daher als Risikofaktor für die Entwicklung von Rückenschmerzen angenommen. Eine veränderte Aktivität (verlängerte Reaktionszeit, verlängerte Aktivierungszeiten, erhöhte Ko-Kontraktion) der rumpfumgreifenden Muskulatur sowie ein reduziertes Bewegungsausmaß und eine erhöhte -variabilität des Rumpfes bei Rückenschmerzpatienten sind evident. Diese Unterschiede sind hauptsächlich in quasi-statischen Belastungssituationen mit isolierter Lasteinwirkung direkt am Rumpf nachgewiesen. Eine Übertragbarkeit auf alltagsnahe und dynamische Belastungssituationen ist jedoch kritisch zu hinterfragen. Ziel des Dissertationsprojektes ist die Entwicklung und Validierung eines Diagnostiktools zur Erhebung der Rumpfstabilität in dynamischen Belastungssituationen bei Gesunden und Rückenschmerzpatienten. Für die Erfassung der Rumpfstabilität wurde ein Mess-Verfahren bestehend aus dynamischen Belastungssituationen, in denen die Lasten über die Extremitäten generiert werden (Heben von Lasten, Perturbation im Gang), mit und ohne Perturbation entwickelt. Mit Hilfe eines 12-Kanal-EMGs wurde die neuromuskuläre Aktivität der rumpfumgreifenden Muskulatur erfasst. Zusätzlich wurde die 3-dimensonale Rumpfbewegung über ein neu entwickeltes multi-segmentales Rückenmodell analysiert. Dieses Methodensetup wurde auf Reproduzierbarkeit sowie Validität überprüft. Im Anschluss erfolgte eine Anwendung des definierten Diagnostiktools zur Erfassung der Rumpfstabilität im Vergleich von Probanden mit und ohne Rückenschmerzen. Eine klinisch akzeptable bis hervorragende Reliabilität konnte für die verwendeten Messvariablen (EMG/Kinematik) in den beschriebenen Belastungssituationen (Heben/Gang mit Perturbation) nachgewiesen werden. Gesunde Erwachsene zeigen bei einer kontinuierlichen Belastung des Rumpfes mit unterschiedlichen Gewichten (Heben von Lasten) keine Veränderung der Rumpfbewegung. Die plötzliche Belastung des Rumpfes durch Hinzunahme von Perturbationen der unteren Extremitäten im Gang konnte dagegen bei gesunden Probanden eine messbare Auslenkung des Rumpfes auf kinematischer als auch neuromuskulärer Ebene hervorrufen. Rückenschmerzpatienten zeigten ein verändertes neuromuskuläres und kinematisches Kompensationsmuster bei externen Perturbationen im Gang im Vergleich zu Gesunden. Dies ist charakterisiert durch eine verzögerte Reaktionszeit sowie verlängerte Dauer zum Erreichen der maximalen neuromuskulären Aktivität in Kombination mit einer reduzierten Lateralflexion des Rumpfes während Perturbation. Die gewählte Testsituation - Perturbation im Gang - scheint, trotz Applikation der Perturbation über die Extremitäten und fehlender Fixierung des Beckens, geeignet zur Provokation erhöhter Anforderungen an die Stabilisierung des Rumpfes bei erwachsenen Probanden. Das veränderte neuromuskuläre und kinematische Kompensationsmuster bei Rückenschmerzpatienten kann als Surrogat einer erhöhten Belastung sowie einer reduzierten Rumpfstabilität bei Patienten bewertet werden. Das neu entwickelte Verfahren zur Erfassung der Rumpfstabilität ist geeignet, um Defizite bei Rückenschmerzpatienten zu identifizieren und folglich individuelle Zuordnungen zu Trainingsmaßnahmen vorzunehmen. Der Fokus in der Prävention bzw. Therapie von Rückenschmerzen sollte dem Folgend auf der Stabilisierung des Rumpfes mit dem Ziel der Verbesserung der neuromuskulären Kontrolle des Rumpfes in dynamischen Situationen liegen. Ein sensomotorischer Trainingsansatz (SMT) zur Optimierung der Rumpfstabilität und Kompensationsfähigkeit von unerwarteten externen Lasten ist zu präferieren.show moreshow less

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Metadaten
Author:Juliane MüllerORCiDGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-102428
Subtitle (English):three-dimensional motion analysis and evaluation of neuromuscular reflex activity in response to sudden and continuous loading
Subtitle (German):dreidimensionale Bewegungsanalyse und Erfassung der neuromuskulären Aktivität des Rumpfes als Antwort auf plötzliche und kontinuierliche Belastungen
Advisor:Frank Mayer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of first Publication:2017/02/02
Year of Completion:2017
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2017/01/11
Release Date:2017/02/02
Tag:Elektromyographie; Rumpfkinematik; Wirbelsäule
electromyography; spine; trunk kinematics
Pagenumber:ix, 123
RVK - Regensburg Classification:ZX 7980, ZX 9839
Organizational units:Humanwissenschaftliche Fakultät / Institut für Sportmedizin und Prävention
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Licence (German):License LogoCreative Commons - Namensnennung, 4.0 International