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Die Auswirkung eines funktionellen Krafttrainings auf die muskuläre und subjektive Beanspruchung der Hals-, Nacken– und Schultermuskulatur unter dem Einfluss hoher Beschleunigungskräfte in der Humanzentrifuge

The influence of a 12-week functional strength training on neck muscular strain under g-forces

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-184742
  • Die hier vorliegende Arbeit hatte in einem ersten Schritt das Ziel, die physiologische Beanspruchung ausgewählter Muskeln des Hals-, Nacken – und Schulterbereiches unter positiven Beschleunigungskräften zu ermitteln und den Einfluss unterschiedlicher Helmsysteme sowie Bewegungen des Kopfes zu analysieren. Dafür wurde die Methode der Oberflächenelektromyographie genutzt, eine Technik, welche myoelektrische Signale, die Muskeln bei ihren Kontraktionsvorgängen erzeugen, erfassen kann. Im Speziellen wurde die Normalisierungsmethode der maximalenDie hier vorliegende Arbeit hatte in einem ersten Schritt das Ziel, die physiologische Beanspruchung ausgewählter Muskeln des Hals-, Nacken – und Schulterbereiches unter positiven Beschleunigungskräften zu ermitteln und den Einfluss unterschiedlicher Helmsysteme sowie Bewegungen des Kopfes zu analysieren. Dafür wurde die Methode der Oberflächenelektromyographie genutzt, eine Technik, welche myoelektrische Signale, die Muskeln bei ihren Kontraktionsvorgängen erzeugen, erfassen kann. Im Speziellen wurde die Normalisierungsmethode der maximalen Willkürkontraktion (MVC-Normalisierung) gewählt, bei der das mikrovoltbasierte Signal zu einer vorher durchgeführten Maximalkontraktion der zu messenden Muskulatur (Referenzwert = 100%) in Relation gesetzt wird. Somit wird ein prozentualer, quantifizierbarer Wert generiert. In der Humanzentrifuge der Bundeswehr, die am Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe in Königsbrück bei Dresden steht, wurden 18 Probanden unterschiedlich hohen Beschleunigungsexpositionen ausgesetzt. Dabei wurden die muskulären Aktivitäten bilateral des M. sternocleidomastoideus, des M. trapezius Pars descendens und des M. erector spinae ermittelt. Im Anschluss daran wurden die Daten mit vorhandener Literatur im flugmedizinischen Kontext verglichen. Weiterhin wurde das subjektive Belastungsempfinden der Probanden während der Beschleunigungsexpositionen erhoben. Diese Studie zeigt, dass die muskuläre Beanspruchung der HWS-Muskulatur, während positiver Beschleunigung, im Wesentlichen durch die Beschleunigung selbst und durch Kopfbewegungen beeinflusst wird. Weiterhin erhöhen zusätzliche Helmsysteme in Verbindung mit Beschleunigung und Bewegung die muskuläre Beanspruchung signifikant. Auch das subjektive Belastungsempfinden nahm mit zunehmender Beschleunigung und Gewichtszunahme durch die Helmsysteme zu und war im Nackenbereich am höchsten. Insgesamt erwies sich die Methode der Oberflächenelektromyographie als valide Messmethode zur Bestimmung der physiologischen Beanspruchung der Muskulatur unter Beschleunigungskräften, allerdings nur, sofern sich die Halswirbelsäule in einer neutralen Position befand. In einem weiteren Schritt, sollte nun überprüft werden, ob die physiologische Beanspruchung im Bereich der Halswirbelsäule unter positiven Beschleunigungskräften durch ein - speziell für das Umfeld der Jet-Fliegerei konzipiertes - Trainingsprogramm verringert werden kann. Dafür wurden die 18 Probanden in eine Trainings- (12 Personen) und Kontrollgruppe (6 Personen) unterteilt und mit Hilfe unterschiedlicher Validierungskriterien wurde ein 12-wöchiges funktionelles Ganzkörpertraining - mit Schwerpunkt des Muskelaufbaus im Hals-, Nacken- und Schulterbereich - in einem Pre-Posttest-Design überprüft. Die Validierungskriterien setzten sich sowohl aus qualitativen als auch quantitativen Methoden zusammen. Es wurden grundsätzliche anthropometrische Daten erhoben, Fragebögen erarbeitet als auch Maximalkraftmessungen in allen Bewegungsrichtungen der Halswirbelsäule durchgeführt. Zusätzlich zu den „gängigen“ Methoden wurden die schon beschriebenen Oberflächenelektromyographiemessungen in der Humanzentrifuge angewandt, um zu analysieren, ob objektiv nachgewiesen werden kann, dass ein Training einen positiven Einfluss auf die physiologische Beanspruchung der Muskulatur unter positiven Beschleunigungskräften haben kann. Diese Validierungsmethode wurde in der gesichteten Literatur im flugmedizinischen Kontext in diesem Umfang noch nicht angewandt. Weiterhin wurden die analysierten Muskeln vor als auch nach der Interventionsphase mit Hilfe der Magnetresonanztomographie volumetriert. Somit konnte auch die autochthone schwer zu analysierende Nackenmuskulatur untersucht werden. Insgesamt konnte mit allen gewählten Methoden nachgewiesen werden, dass durch das Training die physiologische Beanspruchung der Muskulatur subjektiv als auch objektiv verringert wurde. Speziell unter Beschleunigung wurden in der Trainingsgruppe - während die Probanden einen Helm trugen - signifikante Abnahmen der muskulären Aktivität im Posttest festgestellt. Auch das Muskelvolumen nahm in der Trainingsgruppe bei allen untersuchten Muskeln signifikant zu. Die hier vorliegende Studie stellt eine validierte Möglichkeit dar, die Gesunderhaltung des fliegenden Personals nachweislich zu unterstützen und leistet einen Beitrag in der komplexen Thematik zur Verringerung von Wirbelsäulenbeschwerden bei Luftfahrzeugbesatzungen.show moreshow less
  • In a first step, the aim of this study was to determine the physiological demands on selected muscles of the neck and shoulder area under g-forces and to analyse the influence of different helmet systems and head movements. For this purpose, the method of surface electromyography was used, a technique which can detect myoelectric signals generated by muscles during their contractions. In particular, the normalization method of maximum voluntary contraction (MVC normalization) was chosen, in which the microvolt-based signal is related to aIn a first step, the aim of this study was to determine the physiological demands on selected muscles of the neck and shoulder area under g-forces and to analyse the influence of different helmet systems and head movements. For this purpose, the method of surface electromyography was used, a technique which can detect myoelectric signals generated by muscles during their contractions. In particular, the normalization method of maximum voluntary contraction (MVC normalization) was chosen, in which the microvolt-based signal is related to a previously performed maximum contraction of the muscles to be measured (reference value = 100%). Thus, a percentage, quantifiable value is generated. In the Human Centrifuge of the German Armed Forces, 18 volunteers were exposed to g forces of different magnitudes. The muscular activities of the sternocleidomastoid muscle, the trapezius pars descendens muscle and the erector spinae muscle were determined bilaterally. Subsequently, the data were compared with existing literature in the aeromedical context. Furthermore, the subjective stress sensation of the test persons during the acceleration exposures was determined. This study shows that the muscular strain on the cervical spine muscles during positive acceleration is essentially influenced by the acceleration itself and by head movements. Furthermore, additional helmet systems in combination with acceleration and movement significantly increase muscular stress. The subjective sensation of stress also increased with increasing acceleration and weight gain by the helmet systems and was highest in the neck area. Overall, the method of surface electromyography proved to be a valid measuring method for determining the physiological strain on the muscles under g-forces, but only if the head was in a neutral position. In a further step, it was now to be examined whether the physiological stress in the cervical spine area under g-forces was caused by a training program specially designed for the jet aviation environment. The 18 test persons were divided into a training group (12 persons) and a control group (6 persons) and with the help of different validation criteria, a 12-week functional whole body workout - with a focus on muscle strength in the neck, neck and shoulder area - was tested in a pre-post test design. The validation criteria consisted of both qualitative and quantitative methods. Basic anthropometric data were collected, questionnaires were developed and maximum force measurements were carried out in all directions of movement of the cervical spine. In addition to the "current" methods, the surface electromyography measurements already described were applied in the human centrifuge in order to analyse whether it can be objectively proven that training can have a positive influence on the physiological strain on the muscles under positive acceleration forces. This validation method has not yet been applied to this extent in the literature reviewed in the aeromedical context. Furthermore, the analyzed muscles were volumetrated before and after the intervention phase by means of magnetic resonance imaging (MRI). Thus, the deep neck muscles, which were difficult to analyze, could also be examined. All in all, it could be proven with all methods chosen that the physiological strain on the muscles was reduced subjectively as well as objectively by the training. Especially under g-forces, significant decreases in muscular activity were observed in the post-test in the training group - while the test persons wore a helmet. The muscle volume in the training group also increased significantly for all examined muscles. The present study represents a validated possibility to support the health maintenance of flying personnel and makes a contribution to the complex topic of reducing spinal discomfort in aircraft crews.show moreshow less

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Metadaten
Author: Monika Rausch
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-184742
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Humanwissenschaften (Philos., Psycho., Erziehungs- u. Gesell.-Wissensch.)
Faculties:Fakultät für Humanwissenschaften (Philos., Psycho., Erziehungs- u. Gesell.-Wissensch.) / Institut für Sportwissenschaft
Referee:Prof. Dr. Billy Sperlich, Prof. Dr. Harald Lange, Priv-Doz. Frank Weber
Date of final exam:2019/07/19
Language:German
Year of Completion:2019
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-18474
Sonstige beteiligte Institutionen:Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 50 Naturwissenschaften / 502 Verschiedenes
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 612 Humanphysiologie
GND Keyword:Krafttraining; Beschleunigung
Tag:G-Beschleunigung; Hypertrophietraining; Muskelvolumetrie; Nackenmuskulatur; Oberflächenelektromyographie
MRI; fighter pilots; g-forces; neck training; superficial emg
Release Date:2019/07/29
Licence (German):License LogoCC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International