Die folgende Arbeit befasst sich mit dem Thema „Wiedererlangung der Balance im Stehen durch Muskelarbeit“. Hier wird der Frage nachgegangen, welche Muskeln für das oben genannte Thema eine Rolle spielen und in wie weit sie für die Balancehaltung wichtig sind. Auf das Thema bezogen wird eine Forschungsfrage formuliert und daraufhin werden Hypothesen aufgestellt. Mit der Methodenbeschreibung wird der Ablauf beschrieben und die Hypothesen werden anhand der Literaturrecherche bestätigt.

Hierbei ist zu erwähnen, dass es bereits Untersuchungen gab, die auf die Fragestellung eingegangen sind. Es wird davon ausgegenagen, dass ein Winkel, der von zwei Skletteilen und einer horizontalen Bezugslinie von dem Spannungsverhältnis der das Gelenk überziehenden Muskels abhängig ist (Klee, 1995, S. 12-13).

In einer anderen Untersuchung laut Horak, Fay B., Lewis M. Nashner (1986, S.1369-1381) stehen die Probanden auf einer nach vorne und nach hinten beweglichen Platte. Ein Servomotor gibt die Richtungsbewegungen vor. Der Proband wird nicht vorgewarnt, während die Platte nach vorne und nach hinten bewegt wird. Hier wird der Proband aus dem Gleichgewicht gebracht, welches er mithilfe der Hüfte wiederherstellen soll. Er lenkt eine Einwirkende Kraft mithilfe der Hüfte in die entgegengesetzte Richtung, um die Balance seines Körpers wiederzuerlangen.

verfasst von O. Sertarsi

Wie reagieren die Muskeln bei einer Störung und welche Muskeln sind bei der Wiedererlangung der Balance aktiv beteiligt?

verfasst von O. Sertarsi

H1: Wenn am Seil gezogen wird, welches die Hüfte sich nach vorne bewegen lässt, findet eine erhöhte Muskelaktivität am Vastus Medialis, und Rectus Femoris statt, um die Haltung auszugleichen.

Begründung für die H1: Die oben genannten Muskeln bewirken zusammen ein solches Drehmoment der Hüfte, sodass sich der Körper bei einer nach vorne gerichteten einwirkenden Kraft wieder aufrichten und ausbalancieren kann.

H2: Wenn am Seil gezogen wird, welches die Hüfte sich nach hinten bewegen lässt, findet eine erhöhte Muskelaktivität am Biceps Femoris, Gastrocnemius Medialis statt, um die Haltung auszugleichen

Begründung für die H2: Diese beiden Muskeln bewirken zusammen ein solches Drehmoment der Hüfte, sodass sich der Körper bei einer nach hinten gerichteten einwirkenden Kraft wieder aufrichten und ausbalancieren kann.

verfasst von O. Sertarsi

Die Literaturrecherche zeigt, dass es in Bezug auf die Forschungsfrage Untersuchungen existiert haben, um zu einem Entschluss zu kommen.

Anhand den Messungen kommen wir laut Horak, Fay B., Lewis M. Nashner (1986, S.1369-1381) zu dem Entschluss, dass bei der nach hinten einwirkenden Kraft und der damit nach vorne gerichteten Ausgleichbewegung eine erhöhte Muskelaktivität im unteren Rücken, nämlich dem paraspinals level und im hinteren Oberschenkel biceps femoris vorhanden ist. Ebenso ist bei der nach vorne einwirkenden Kraft und der damit nach hinten gerichteten Ausgleichbewegung eine erhöhte Muskelaktivität in Bauch rectus abdominis level und vorderen Oberschenkel quadriceps vorhanden. Mit dieser Begründung werden Hypothese 1 und Hypothese 2 teilweise bestätigt, da in diesem Versuch unter anderem auch die eingelenkigen Muskeln auch in anbetracht bezogen wurden. In unserem Versuch beschränken wir uns auf die zweigelenkigen Muskeln.

Quelle:

Horak, Fay B., and Lewis M. Nashner. (1986). Central programming of postural movements: adaptation to altered support-surface configurations. J Neurophysiol 55(6), 1369-1381.

verfasst von O. Sertarsi

Aufbau

Die Messmethoden waren in diesem Fall EMG-Messungen und eine Kraftmessplatte. Zusätzlich wurde ein Motion Tracking System benutzt, welches für die Betrachtung dieser Forschungsfrage nicht ausgewertet wurde. Der Versuchsaufbau beschreibt sich wie folgt: Ein Proband steht auf einer Kraftmessplatte. Für die EMG-Messungen wurden Elektroden auf die Haut des Probanden über folgende Muskeln geklebt, um deren Aktivität zu messen: Links: Bizeps Femoris, Rectus Femoris, Gastrocnemius Lateralis, Gastrocnemius medialis, Gluteus, Semitendinosus, Vastus medialis, Soleus, Tibialis Anterior, Vastus lateralis. Rechts: Bizeps Femoris, Rectus Femoris, Gluteus, Semitendinosus, Vastus medialis. Um optimale Ergebnisse der EMG-Messungen zu erzielen wurden dem Probanden die Stellen, an denen die Elektroden angebracht werden sollten vorher rasiert und mit Alkohol gereinigt. An der Hüfte des Probanden ist ein Gurt mit einem Seil angebracht, an dessen Ende ein Hilfsmittel angebracht ist, mit dem man an dem Seil mit einer bestimmten Kraft ziehen und es ruckartig lösen kann.

Ablauf

Während der Proband auf der Kraftmessplatte steht, zieht ein Helfer mit der Hand an der dafür vorgesehenen Vorrichtung mit jeweils 10, 20 und 30 Newton. Der Proband versucht möglichst ruhig stehen zu bleiben und hält seine Augen geschlossen. Ohne Vorwarnung löst der Helfer den Mechanismus aus, der das Seil sich von der Vorrichtungen lösen lässt. Der Proband versucht weiter seine Balance zu behalten b.z.w. sie wiederzuerlangen. Dieser Ablauf wird mit Kniewinkeln des Probanden von jeweils 145°, 155° und 180° mit der Zugrichtung nach vorne und nach hinten wiederholt. Das EMG lieferte hierbei Aktivierungsmuster der jeweiligen Muskeln, während die Aufzeichnungen der Kraftmessplatte die Verlagerung der Kräfte auf ihr selbst darstellten.

Auswertung

Die von der Software zusammengestellten Daten wurden mithilfe von Microsoft Excel als Diagramme dargestellt. Die Diagramme der EMG-Messungen wurden mit denen der Kraftmessungen verglichen und hinsichtlich der Muskelaktivität interpretiert.

verfasst von O. Sertarsi und S. Keilich

Ergebnisse Proband 1 Versuch 9: Bei diesem Versuch wurde eine anteriore Störung an der Hüfte angebracht. Nach den Kraftdaten kann man erkennen, dass die Störung mit der Reihenfolge 20N, 30N, 10N, 20N, 30N, 10N eingebracht wurde. Beim Bizeps Femoris ist zu diesen Zeitpunkten ein Ausschlag in den EMG-Werten zu erkennen. Beim Gastrocnemicus Medialis ist ebenfalls an diesen Stellen ein Ausschlag in den EMG-Werten zu erkennen. Der Rectus Femoris zeigt keine signifikanten Ausschläge. Die EMG-Werte sind eher stetig gleichbleibend. Der Vastus Medialis zeigt ebenfalls genauso wie der Bizeps Femoris gut erkennbare Ausschläge der EMG-Werte während der Einbringung der Störung. Abschließend kann man sagen, dass besonders beim Bizeps Femoris und beim Vastus Medialis deutliche Ausschläge zu erkennen sind.

Ergebnisse Proband 1 Versuch 1: Bei diesem Versuch wurde eine posteriore Störung an der Hüfte angebracht. Nach den Kraftdaten kann man erkennen, dass die Störungen mit der Reihenfolge 20N, 30N, 10N, 10N, 30N, 20N eingebracht wurden. Bei jedem Muskel ist erst nach der zweiten Störung von 10N ein deutlicher Ausschlag der EMG- Werte zu erkennen. Außerdem sind die Ausschläge bei allen Muskeln an der gleichen Stelle und lassen sich nicht in Bezug zu den Kraftdaten und das Einbringen der Störung bringen. Es lässt sich darauf schließen, dass es einen Fehler bei der Messung gegeben hat oder diese Muskeln bei einer posterioren Störung nicht aktiviert werden.

Die folgenden Diagramme dienen der graphischen Darstellung der Messergebnisse. Die x-Achse (waagrechte Achse) beschreibt die Zeit des Versuchsablaufs (100 Sekunden). Die y-Achse beschreibt die Muskelaktivität und stellt die gemessenen EMG-Werte dar.

Proband 1 Versuch 9: Störung an Hüfte anterior

Proband 1 Versuch 1: Störung an der Hüfte posterior

verfasst von K. Rahn

Proband 2 Versuch 14: Auch bei diesem Versuch wurde eine anteriore Störung an der Hüfte angebracht. Nach den Kraftdaten kann man erkennen, dass die Störung mit der Reihenfolge 20N, 10N, 10N, 30N, 20N, 30N eingebracht wurde. Folgende Diagramme auf die Sie hingewiesen werden, dienen einer grafischen Darstellung der Messdaten. Die waagerechte Achse (X-Achse) beschreibt die Zeit (100 Sekunden) für einen Versuchsablauf, wohingegen die senkrechte Achse (Y-Achse) die Auswirkung der Muskelaktivität (EMG-Werte) beschreibt. Auch bei diesem Probanden kann man zum Zeitpunkt der Störung die Ausschläge der EMG-Werte vom Bizeps Femoris (siehe Diagramm Bizeps Femoris) gut erkennen, wobei bei den Muskeln Gastrocnemicus Medialis und Rectus Femoris (siehe Diagrammm Gastrocnemicus Medialis und Rectus Femoris) man nur die Ausschläge der letzten drei Störungen gut veranschaulichen kann. Die EMG-Werte bis zum Zeitpunkt der letzten drei Ausschläge sind eher unauffällig. Beim Vastus Medialis (siehe Diagramm Vastus Medialis) kann man hingegen wie beim Bizeps Femoris gut erkennbare Ausschläge der EMG-Werte zum Zeitpunkt der Störungen sehen. Wie bei dem vorherigen Probanden nimmt der Bizeps Femoris und der Vastus Medialis die aktivere Position, wie die anderen beiden Muskeln bei diesem Versuch an.

Proband 2 Versuch 18: Bei diesem Versuch wurde eine posteriore Störung an der Hüfte angebracht. Nach den Kraftdaten kann man erkennen, dass die Störungen mit der Reihenfolge 20N, 10N, 30N, 20N, 10N, 30N, 20N eingebracht wurden. Folgende Diagramme auf die Sie hingewiesen werden, dienen einer grafischen Darstellung der Messdaten. Die waagerechte Achse (X-Achse) beschreibt die Zeit (100 Sekunden) für einen Versuchsablauf, wohingegen die senkrechte Achse (Y-Achse) die Auswirkung der Muskelaktivität (EMG-Werte) beschreibt. Auch bei diesem Versuch indem die Störung in die genau entgegengesetzte Richtung wirkt, zeigt der Bizeps Femoris (siehe Diagramm Bizeps Femoris) und der Vastus Medialis (siehe Diagramm Vastus Medialis) eine hohe Aktivität, wo hingegen beim Gastrocnemius Medialis und Rectus Femoris (siehe Diagrammm Gastrocnemicus Medialis und Rectus Femoris) eine konstante niedrige Aktivität aufgewiesen wird. Daraus lässt sich schließen, dass bei diesem Versuch mit einer posterioren Störung der Biceps Femoris und der Vastus Medialis zur Erhaltung der der Balance eine Rolle spielen.

verfasst von T. Harmancioglu

Wenn man abschließend nun noch einmal die beiden Forschungshypothesen und die im Ergebnisteil dargestellen Erkenntisse in Bezug auf die Forschungsfrage vergleicht, sieht man, dass sich Hypthesen und Ergebnisse nur bedingt decken. Bei Proband Nummer 1 zeigen die Muskeln Bizeps Femoris, Gastrocneius medialis und Vastus medialis bei einer Störung nach anteroir deutliche Aktivität im EMG. Bei Proband 2 zeigen bei einer Störung nach anteroir ebenfalls die Muskeln Bizeps Femoris und Vastus medialis Aktivitätsmuster während der Störungseinwirkung. Bei einer Störung nach posterior sieht man bei Proband nummer 2 hohe Aktivitäten von Bizeps Femoris und Vastus medialis. Man kann mit hoher Sicherheit sagen, dass der Bizeps Femoris und Vastus medialis am Vorgang der Wiedererlangung der Balance bei Störungen an der Hüfte sowohl nach vorne als auch nach hinten stark beteiligt sind. Noch sicherer ist die Erkenntis, dass sie bei anteriorer Störung maßgeblich beteiligt sind, da dies bei beiden Probanden der Fall war. Die erste Forschungshypothese besagte, dass bei einer Störung an der Hüfte nach vorne die Muskeln Rectus femoris und Vastus medialis das Erhalten und die Wiedererlangung der Balance bewirken. Durch die EMG Daten wurden die Aktivitäten des Vastus medialis bei diesem Versuchsaufbau bestätigt. Dass der Rectus Femoris an diesem Balanceakt beteiligt ist, konnte durch fehlende Ausschläge in den EMG-Daten nicht bestätigt werden. Die zweite Forschungshypothese besagt , dass bei einer Störung an der Hüfte nach hinten die Muskeln Bizeps Femoris und Gastrocnemius medialis das Erhalten und die Wiedererlangung der Balance bewirken. Durch die EMG-Daten wurden die Aktivitäten des Bizeps Femoris bei diesem Versuchsaufbau bestätigt. Dass der Gastrocnemius medialis an diesem Balanceakt beteiligt ist, konnte durch fehlende Ausschläge in den EMG-Daten nicht bestätigt werden. Ergänzend muss aber beachtet werden, dass bei Proband 1 bei einer Störung nach anterior der Gastrocnemius medialis Aktivierungsmuster erkennen ließ.

Das Auswertungsverfahren dieses Experiments war mit zahlreichen Problemen verbunden. Da es offensichtlich viele Fehlmessungen und Daten gab, die keine Ergebnisse lieferten, bat sich keine große Bandbreite an verwertbarem Material. Die Ergebnisse aus den schließlich verwendeten Daten ließen also viele Lücken und man muss vorsichtig bei der Interpretation verfahren.

verfasst von S. Keilich

Die Hypothesen ließen sich mit den erhobenen und ausgewerteten Daten teilweise bestätigen und falsifizieren. Was als Ergebnis mit großer Sicherheit festgehalten werden kann, ist, dass bei einer Störung an der Hüfte nach anterior der Muskel Vastus medialis maßgeblich an der Wiedererlangung der Balance beteiligt ist und, dass bei einer Störung an der Hüfte nach posterior der Muskel Bizeps Femoris maßgeblich an der Wiedererlangung der Balance beteiligt ist. Um sichere Aussagen über die Muskelnaktivität der anderen gemessenen Muskeln treffen zu können, sollte man den Versuch in seiner Durchführung optimieren und nochmals durchführen. Zur Optimierung könnte gehören, dass die zur EMG-Messung erforderlichen Elektroden exakter und haltbarer platziert werden und, dass man statt eines menschlichen Helfers, einen Apparat einsetzt, der die Störung zu einem exakten Zeitpunkt und mit einer exakten Kraft auszulösen vermag.

verfasst von S. Keilich

Horak, Fay B., and Lewis M. Nashner. (1986). Central programming of postural movements: adaptation to altered support-surface configurations. J Neurophysiol 55(6), 1369-1381.

Klee, A. (1995). Muskuläre Balance - Die Überprüfung einer Theorie. sportunterricht, 44(1), 12-13.

Die in dem Abschnitt „Ergebnisse“ vorhandenen Diagramme sind von den Autoren selbst erstellt worden. indexmenu_n_3