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Quantifying muscle forces and joint loading during hip exercises performed with and without an elastic resistance band

cumulative master thesis

Callum Bühler

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Sportwissenschaft und Universitätssport

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Sportwissenschaft

Betreuer*in

Hans Kainz

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DOI

10.25365/thesis.72996

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-23125.39459.451061-4

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Aufgrund des Anstiegs der Lebenserwartung und der daraus resultierenden Zunahme der älteren Bevölkerung haben altersbedingte Krankheiten stark zugenommen. Viele dieser degenerativen, nicht übertragbaren Krankheiten, wie z. B. Osteoarthritis (OA), zeichnen sich durch ein schnelles Fortschreiten aus und sind bislang nicht heilbar. Daher ist es von größter Bedeutung, dass die Wirksamkeit der derzeitigen Rehabilitationsmaßnahmen wis-senschaftlich überprüft wird und Forschungen durchgeführt werden, um neue, innovative und wirksame Methoden zu entwickeln. Zu diesem Zweck wurde die Studie realisiert, um Erkenntnisse über die Muskelkräfte und die Gelenkbelastung während der Durchführung von Rehabilitationsübungen zu gewinnen, die in einem klinischen Umfeld zur Stärkung der für die Gelenkstabilisierung wichtigen Muskeln eingesetzt werden. Die Studie befasst sich spezifisch mit Übungen, die bei der Rehabilitation von OA der Hüfte sowohl mit dem eigenen Körpergewicht als auch mit elas-tischen Widerstandsbändern durchgeführt werden. In der vorgestellten Studie wurden Hüftgelenkskinematik, Kinetik, Muskelkräfte und Hüftgelenkskontaktkräfte während der einzelnen Übungen durch muskuloskelettale Simulationen mit OpenSim ermittelt und mit denen beim Gehen verglichen. Zu Validierungszwecken wurden diese schließlich mit de-nen einer Datenbank verglichen, deren Ergebnisse durch In-vivo-Messungen mit instru-mentierten Hüftimplantaten determiniert wurden. Insgesamt ergab die Studie, dass ERB-belastete Übungen die Gelenkbelastung und die gezielten Muskelkräfte erhöhen. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse der Studie, dass Parameter wie die ERB-Belastung und die Ausführungsgeschwindigkeit der Übungen nur einen geringen Einfluss auf Variablen wie die Spitzenmuskelkräfte und die resultierende Gelenkbelastung haben. Die Ausführungsgeschwindigkeit beeinflusst jedoch die für eine Übung erforderliche Gesamtmuskelkraft. Die Ergebnisse des Vergleichs mit dem Gehen zeigen, dass Hüftübungen mit oder ohne ERB zu niedrigeren Muskelkräften und niedrige-ren Gelenkbelastungsspitzenwerten während schneller und langsamer Hüftstreckung so-wie schneller Hüftbeugung ohne ERB-Belastung führen. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur OA-Rehabilitationsforschung, indem sie systemati-sche empirische Beweise für klinisch verwendete Methoden zur Stärkung der Hüftmusku-latur zu Rehabilitationszwecken liefert. Sie liefert Beweise, die entweder in der weiteren Forschung oder in einem klinischen Umfeld für ein evidenzbasiertes Rehabilitationstraining verwendet werden können.

Abstract

(Englisch)

Due to the rise in life expectancy and its resulting subsequent growth in the elderly popula-tion there has been a major increase in age-related pathologies. Many of these degenera-tive, non-communicable diseases, such as osteoarthritis (OA), are characterized by a rapid progression and have no known cure. It is therefore paramount that the efficacy of current rehabilitative measures be scientifically verified and research be conducted in order to de-velop new, innovative and effective methods. To this end, the study was conducted to gain knowledge about muscle forces and joint loading during the performance of rehabilitation exercises used in a clinical setting to strengthen muscles important for joint stabilisation. The study specifically addresses exer-cises used in rehabilitation of OA of the hip using both the subject's own body weight and elastic resistance bands (ERB). In the study presented, hip joint kinematics, kinetics, mus-cle forces and hip joint contact forces (HJCF) during the individual exercises were deter-mined via musculoskeletal (MSK) simulations using OpenSim and compared with those produced during walking. Finally, for validation purposes, HJCF were compared with those of a database based on in vivo measurements using instrumented hip implants. In sum, the study found that ERB loaded exercises increased HJCF and targeted muscle forces. Furthermore, the study outcome shows that parameters such as ERB load and execution velocity of the exercises have minimal influence on variables such as peak muscle forces and HJCF. However, execution velocity does affect the total muscle force required for an exercise. Results of the comparison to walking show that hip exercises with or without an ERB resulted in lower muscle forces and lower peak HJCF during fast and slow hip extension and fast hip flexion exercises with no ERB loading. This thesis contributes to OA rehabilitation research by providing systematic empirical evi-dence for clinically used hip muscle strengthening methods for rehabilitation purposes. It provides evidence that can be used either in further research or in a clinical setting for evi-dence-based rehabilitation training.

Autor*innen

Callum Bühler

Haupttitel (Englisch)

Quantifying muscle forces and joint loading during hip exercises performed with and without an elastic resistance band

Hauptuntertitel (Englisch)

cumulative master thesis

Paralleltitel (Deutsch)

Quantifizierung von Muskelkräften und Gelenkbelastungen bei Hüftübungen mit und ohne elastisches Widerstandsband

Paralleluntertitel (Deutsch)

kumulative Masterarbeit

Publikationsjahr

2022

Umfangsangabe

115 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Hans Kainz

Klassifikation

76 Sport > 76.12 Biomechanik. Bewegungslehre

AC Nummer

AC16746652

Utheses ID

65680

Studienkennzahl

UA | 066 | 826 | |

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Schlagwörter