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Differences in the kinematic and muscular activity of lower extremity during stance phases between treadmill and overground running
Alena Stadlbauer
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Sportwissenschaft und Universitätssport
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Lehramtsstudium UF Bewegung und Sport UF Biologie und Umweltkunde
Betreuer*in
Arnold Baca
DOI
10.25365/thesis.46886
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13161.10953.118852-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Einleitung: Laufbänder werden oft für wissenschaftliche Untersuchungen eingesetzt, welche die Laufbewegung analysieren. Um das Laufband für Forschungszwecke verwenden zu können, ist es notwendig zu demonstrieren, dass sowohl die Kinematik als auch die muskuläre Aktivität die gleiche ist, oder dass sie in einem Bereich liegen, der keine klinische Signifikanz verursacht. Verschiedene Autoren (Alton et al., 1998; Elliott & Blanksby, 1976; Fellin et al., 2010; Nigg et al., 1995; Riley et al., 2008; Schache et al., 2001; Sinclair et al., 2013) bemühen sich seit Jahren, diese Unterschiede zu überprüfen, mit teilweise widersprüchlichen Ergebnissen. Unterschiede, die mehrere Autoren beim Laufen auf dem Laufband beschrieben haben, sind: eine verringerte Hüftbeugung beim Fußaufsatz (Schache et al., 2001; Sinclair et al., 2013; Sinclair et al., 2014); eine geringere maximale Kniebeugung während der Bodenkontaktzeit (Riley et al., 2008; Sinclair et al., 2013); eine geringere Dorsalflexion im Sprunggelenk beim Fußaufsatz (Fellin et al., 2010; Nigg et al., 1995; Sinclair et al., 2013) und eine geringere muskuläre Aktivität des M. biceps femoris während der Bodenkontaktzeit (Wang et al., 2014; Wank et al., 1998).
Das Ziel der durchgeführten Studie ist das Übereinstimmungsniveau der beobachteten Parameter während der Bodenkontaktzeit mit Hilfe der Bland & Altmann Analyse zu bestimmen.
Methoden: 14 gesunde männliche Studenten nahmen an der Studie teil. Sie liefen auf einem Laufband und einer Indoor-Laufbahn mit einer Geschwindigkeit von 3.5 m/s. Ein vereinfachtes vier Segment Modell, gefilmt mit dem Vicon®-System, wurde verwendet, um die Hüft-, Knie- und Sprunggelenksbewegung zu rekonstruieren. Drahtlose Sensoren des TrignoTM Wireless Systems von Delsys®, platziert an vier Muskeln der unteren Extremitäten, wurden genutzt, um Informationen über die muskuläre Aktivität zu erhalten. Mit Hilfe des Pedar®-X Systems wurde die genaue Bodenkontaktzeit bestimmt. Nach der Datengewinnung wurde die Bodenkontaktzeit auf 100% normiert. Die gewonnenen Daten wurden mit MatLab aufbereitet und die statistische Analyse mit SPSS durchgeführt.
Ergebnisse: Das Sprunggelenk zeigt keine sig. Unterschiede (außer bei 20-30%) und ein hohes Übereinstimmungsniveau bei der Bland-Altman-Analyse. Das Hüftgelenk ist beim Laufen auf dem Laufband während der gesamten Bodenkontaktzeit sig. (p<0.05) stärker gebeugt. Das Kniegelenk zeigt sig. Unterschiede (p<0.05) am Anfang, in der Mitte und am Ende der Bodenkontaktzeit. M. vastus lateralis ist beim Laufbandlaufen sig. (p<0.05) aktiviert. M. gastrocnemius medialis hat ein gleiches Aktivierungsmuster in beiden Laufmodalitäten (einziger sig. Unterschied bei 10%).
Diskussion: Die große Übereinstimmung des Sprunggelenks und die muskuläre Aktivität des m. gastrocnemius medialis spiegeln Ergebnisse der Literatur wider (Riley et al., 2008; Wang et al., 20
14; Wank et al., 1998). Laut Clermont et al.(2017) führt die geringere Flexion des Kniegelenks beim Overground-Laufen zu einer besseren Laufökonomie. Die geringere Aktivität des m. vastus lateralis kann auf eine geringere Vertikalbewegung des Schwerpunktes bei Laufbandlaufen zurückgeführt werden (Wank et al., 1998). Die sig. größere Hüftflexion beim Laufbandlaufen ist widersprüchlich zur vorhandenen Literatur (Fellin et al., 2010; Riley et al., 2008; Schache et al., 2001).
Schlussfolgerung: Das Innovative der durchgeführten Studie war die genaue Unterteilung der Bodenkontaktzeit in Intervalle von 10%, dadurch konnten neue Informationen über die genaue Zeit des Auftretens von signifikanten Unterschieden gewonnen werden. Weiters ist die Analyse mit dem Bland-Altman-Plot, welche ein großes Übereinstimmungsniveau für das Sprunggelenk, jedoch nicht für das Hüftgelenk zeigt, neuartig.
Abstract
(Englisch)
Introduction: Treadmills are often used for scientific research to analyse running movement. But to use the treadmill as a clinical assessment instrument it is important to demonstrate, that the kinematic as well as the muscular activity are the same or the variations are too small to cause clinical significance. Different authors (Alton et al., 1998; Elliott & Blanksby, 1976; Fellin et al., 2010; Sinclair et al., 2013, etc.) have focused for many years on examining these differences with fractionally conflicting results. Outcomes described by various authors in treadmill running are: a decreased hip flexion at the foot-strike (Schache et al., 2001; Sinclair et al., 2013; Sinclair, Hobbs, Taylor, Currigan, & Greenhalgh, 2014); a lower peak knee flexion during the stance period (Riley et al., 2008; Sinclair et al., 2013); a less dorsiflexed ankle joint at the foot-strike (Fellin et al., 2010; Nigg et al., 1995; Sinclair et al., 2013) and a lower magnitude of m. biceps femoris during the stance period (Wang, Hong, & Xian Li, 2014; Wank, Frick, & Schmidtbleicher, 1998).
The aim of the conducted study is to identify the level of agreement between the observed parameters during the stance period with the help of the Bland & Altmann analysis.
Methods: Fourteen healthy male students participated in the study. They were asked to run on a treadmill and an indoor runway with a velocity of 3.5 m/s. With a simplified four segment model filmed by the Vicon®-System, the movement of the hip, knee and ankle joints was reconstructed. Information about the muscular activity of four muscles of the lower extremity was obtained with surface electrodes of the TrignoTM Wireless System from Delsys®. The Pedar®-X system was used to determine the exact stance time. After the data acquisition the stance time was normalized to 100%. The collected data was edited with MatLab and the statistical analysis was performed with SPSS.
Results: The ankle joint kinematic showed no sig. differences (except for 20-30%) and a high limit of agreement with the Bland-Altman-Plot. The hip joint is sig. (p<0.05) more flexed in treadmill running throughout the whole stance phase. The knee joint showed sig. differences (p<0.05) at the beginning, in the middle and at the end of the stance phase. M. vastus lateralis is sig. less (p> 0.05) activated in treadmill running. M. gastrocnemius medialis has the same activation pattern in both modalities (only sig. difference at 10%).
Discussion: The high similarity of the ankle joint and the muscular activity of m. gastrocnemius medialis is in line with other literature (Riley et al., 2008; Wang et al., 2014; Wank et al., 1998). The less flexed knee joint in overground running leads to a better running economy according to Clermont et al., (2017) (Clermontetal.,É. The reduced activation of m. vastus lateralis can be explained with the lower vertical displacement for the center of gravity in treadmill running (Wank et al., 1998). The sig. lower hip flexion in overground running is contradictory to present literature (Fellin et al., 2010; Riley et al., 2008; Schache et al., 2001).
Conclusion: The innovative of this study is the precise separation of the stance phase into intervals of 10%, thus new information about the exact time when significant differences occur can be obtained. And the analyzation with the Bland-Altman-Plot, which reveals high agreement for the ankle joint but not for the hip joint.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Treadmill vs. overground running biomechanics running surface electromyography
Schlagwörter
(Deutsch)
Laufband vs. Laufbahn Biomechanik Laufen Oberflächenelektromyographie
Autor*innen
Alena Stadlbauer
Haupttitel (Englisch)
Differences in the kinematic and muscular activity of lower extremity during stance phases between treadmill and overground running
Paralleltitel (Deutsch)
Kinematische Unterschiede bzw. Unterschiede in der muskulären Aktivität der unteren Extremitäten zwischen dem Laufen auf dem Laufband und einer Laufbahn während der Bodenkontaktzeit
Publikationsjahr
2017
Umfangsangabe
III, 86 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Arnold Baca ,
Savvas Stafylidis
AC Nummer
AC13724413
Utheses ID
41488
Studienkennzahl
UA | 190 | 482 | 445 |