| Autor(en): |
Ralf Dietrich |
Titel: |
Zeitaufgelöste Frequenzanalyse von EMG-Signalen bei dynamischen Hebevorgängen mit zunehmenden Lasten |
| Gutachter: |
Adamantios Arampatzis; Günter Tidow; Thomas Jöllenbeck |
| Erscheinungsdatum: |
09.08.2010 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-100176377)
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| Fachgebiet(e): |
Sport |
| Schlagwörter (ger): |
Spektralanalyse, EMG, muskuläre Ermüdung, Heben, PILE |
| Schlagwörter (eng): |
spectral analysis, EMG, muscle fatigue, lifting, PILE |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Philosophische Fakultät IV |
| Zitationshinweis: |
Dietrich, Ralf:
Zeitaufgelöste Frequenzanalyse von EMG-Signalen bei dynamischen Hebevorgängen mit zunehmenden Lasten;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Philosophische Fakultät IV , publiziert am 09.08.2010, urn:nbn:de:kobv:11-100176377
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| Abstract (ger): |
| Die vorliegende Arbeit untersucht mit elektromyographischen und biomechanischen Methoden lokale muskuläre Ermüdung und die damit verbundenen Veränderungen in der Kinematik und Kinetik eines ausbelastenden Hebetests. Hierzu wurde der PILE-Test (Mayer et al., 1988) verwendet, der als Diagnostikverfahren in der Rehabilitation von Personen mit Rückenbeschwerden eingesetzt wird.
In den letzten Jahren sind mathematische Verfahren entwickelt worden, um spektralanalytische Untersuchungen dynamischer Muskelkontraktionen durchführen zu können. In der vorliegenden Arbeit wurde einer dieser Ansätze im Rahmen eines Softwarepakets umgesetzt. Er beruht auf der Verwendung der ''Smooth-Pseudo-Wigner-Ville-Verteilung'', einer biquadratischen Transformation der Cohen-Klasse. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Zeit- und Frequenzauflösung aus.
Die spektralanalytische Untersuchung von sechs bewegungsrelevanten Muskeln während des Hebetests zeigte für die 22 männlichen Sportstudierenden signifikante Verringerungen der Medianfrequenz lediglich für die Signale der Rumpfstrecker (M. erector spinae, M. gluteus maximus). Dies konnte für die Signale des Kniestreckers (M. vastus lateralis) nicht beobachtet werden. Diese Ergebnisse korrespondieren mit den kinematischen Änderungen im Verlauf der Testdurchführung. Zwischen der Frequenzänderung des M. erector spinae vom Startintervall (geringe Last) zum Schlussintervall (hohe Last) und der Verringerung der Bewegungsamplitude der Rumpfextension wurde eine signifikante Korrelation festgestellt.
Aufgrund der daraus ableitbaren Insuffizienz des M. erector spinae kommt es in der Initialphase der Hebung, in der die maximalen Bodenreaktionskräfte auftreten, für nahezu die Hälfte der Probanden zu einem Absenken des Rumpfes. Da dieses Verhalten mit einer erhöhten Belastung im Bereich der lumbalen Wirbelsäule assoziiert wird, sollte die Bewegungsausführung während des PILE-Tests kontrolliert werden, um Gesundheitsrisiken zu vermeiden.
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| Abstract (eng): |
| Electromyographic and biomechanical methods were used to investigate localized muscle fatigue and changes in the kinematics during an exhausting lifting test. For this purpose the ''Progressive Isoinertial Lifting Evaluation'' (PILE) was utilized, which was published by Mayer (1988) as a method to quantify the lifting capacity of people with spinal disorders. Fatigue-related changes in the electromyographic signals of trunk and limb muscles were evaluated and compared to kinematic measures in order to determine whether fatigue influences motor behavior during the lifting test.
Recent advances in the methodology of time-frequency analysis for electro- myographic signal processing provide a new way of studying localized muscle fatigue during dynamic contractions. One of these approaches was used to develop an algorithm for the analysis of highly dynamic muscle contractions. It is based on the ''smooth-pseudo-Wigner-Ville-distribution'', a biquadratic transformation of the Cohen class. The method is characterized by a high time and frequency resolution.
Twenty-two male physical education students performed the lumbar PILE-test. During the lifting task, the median frequency significantly decreased over time in the trunk extensor muscles (erector spinae, gluteus maximus) but not in the limb muscles (vastus lateralis, gastrocnemius). This corresponds to changes in the kinematic. In the initial lifting phase, the range of motion of the knee joint increased from low to high loads, while the range of motion of the trunk decreased. Half of the subjects reached almost complete knee extension while the trunk was still in maximum flexion when lifting heavy loads. The change of median frequency of the erector spinae is significantly correlated with the reduction of trunk extension.
These biomechanical changes are associated with increased peak torque at the lumbar spine. Therefore it is recommended to monitor the lifting technique during the PILE-Test to avoid health risks.
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