Untersuchungen zur Funktionskapazität von Rumpfmuskeln an gesunden Probanden unterschiedlicher Altersgruppen

Zusammenfassung

Die Studie legt Normdaten für funktionsbezogene Kraft- und Aktivierungswerte während Flexion und Extension des Oberkörpers an gesunden Vergleichspersonen beiderlei Geschlechts in unterschiedlichen Altersgruppen vor. Dafür wurden jeweils 25 weibliche und männliche Personen in den Altersgruppen 20–40 Jahre (Junge), sowie 50–70 Jahre (Ältere) untersucht. Die Untersuchungen wurden in aufrechter Körperhaltung mit 100% des Oberkörpergewichts (90° Kippung), sowie während isometrischer Maximalkraftversuche, jeweils in Flexions- und Extensionsrichtung durchgeführt. Als funktionsbezogener Kraftwert wurde das Verhältnis zwischen den Werten während der Maximalkraftversuche und 100% Oberkörpergewichts- Halteübung als Oberkörper-Kraftverhältnis (OKKV), bzw. für das Oberflächen-EMG von Rumpfmuskeln als Muskel Aktivierungsverhältnis (MAV) bestimmt. Weiterhin wurde das Extensions- zu Flexionsverhältnis der maximalen Kraftwerte bestimmt (Ex-Flex-Ratio). Generell waren die funktionellen Kraftwerte der Männer (OKKV Extension, Junge: 2,37±0,36; Ältere: 2,12±0,55, OKKV Flexion, Junge: 1,95±0,36; Ältere: 1,94±0,46) signifikant höher als die der Frauen (OKKV Extension, Junge: 1,98±0,32; Ältere: 1,60±0,38, OKKV Flexion, Junge: 1,52±0,27; Ältere: 1,59±0,33). Im Altersvergleich konnten für beide Geschlechter nur für die ältere Gruppe und hier nur für die Extensions-OKKV signifikant niedrigere Werte nachgewiesen werden (p<0,01). Infolge dessen fiel die Ex-Flex-Ratio für die älteren Probanden ab, wies aber nur für die untersuchten Frauen signifikante Altersunterschiede auf (Männer, Junge: 1,24±0,02, Ältere: 1,12±0,28; Frauen, Junge: 1,33±0,26, Ältere: 1,03±0,27, p<0,01). Die MAV-Werte können seriös nur für die untersuchten Rückenmuskeln interpretiert werden. Die Werte waren hier erneut in der älteren Gruppe signifikant niedriger als in der jungen Gruppe. Geschlechtsunterschiede waren nur für den M. longissimus (w<m p<0,01, beide Altersgruppen), nicht aber für den M. multifidus nachweisbar. Im Wertevergleich zwischen OKKV und MAV konnten altersgruppenspezifische Unterschiede mit OKKV<MAV für die Jungen und OKKV>MAV für die älteren Probanden identifiziert werden. Anhand der vorgestellten Daten konnte ein funktioneller Kraftverlust der Rückenmuskulatur mit zunehmendem Alter bei gesunden Probanden nachgewiesen werden, nicht jedoch für die Bauchmuskulatur. Die ebenfalls ermittelten Oberflächen-EMG-Kennwerte geben Hinweise auf eine veränderte Faserzusammensetzung der Rückenmuskulatur für ältere Personen.

Abstract

In this study, we present normative data for function-related strength and activation values during flexion and extension of the upper body in healthy subjects of both sexes in different age groups. For this purpose, 25 female and 25 male subjects of two age groups (20–40 years: young, and 50–70 years: older) were examined. All tasks were performed with the subjects maintaining upright body posture with 100% of the upper body weight, as well as during isometric maximum force tests in flexion and extension directions. As a function-related force value, the ratio between the values during maximum contraction and 100% upper body weight was determined as upper body torque ratio (UBTR), or for Surface-EMG of trunk muscles as muscle activation ratio (MAR). Furthermore, the extension to flexion ratio of the maximum force values was determined (ex-flex ratio). In general, the functional force values of men (UBTR extension, young: 2.37±0.36; older: 2.12±0.55, UBTR flexion, young: 1.95±0.36; older: 1.94±0.46) were significantly larger than those of women (UBTR extension, young: 1.98±0.32; older: 1.60±0.38, UBTR flexion, young: 1.52±0.27; older: 1.59±0.33). For age comparisons, significantly lower values were found for the extension UBTR in the older group (p<0.01). Consequently, the ex-flex-ratio dropped for the older subjects, but significantly only for the examined women (men, young: 1.24±0.02, older: 1.12±0.28; women, young: 1.33±0.26, older: 1.03±0.27, p<0.01). A reliable interpretation of the MAR values can only be given for the back muscles. Their values were again significantly lower in the older than in the young group. Sex differences were only detectable for the longissimus muscle (w<m p<0.01, both age groups), but not for the multifidus muscle. For the comparison between UBTR and MAR, age group specific differences could be identified with UBTR<MAR for the young and UBTR>MAR for the older subjects. Based on the presented data, in healthy subjects with increasing age a functional loss of strength in the back but not for the abdominal muscles could be demonstrated. The identified Surface-EMG characteristics provide evidence for alteration of back muscles muscle fibre composition in older subjects.

Schlüsselwörter

Bewegungssystem - Funktionale Gesundheit - Motorik - Muskelfunktionsdiagnostik

Key words

functional health - locomotor system - muscular function - Muscle function diagnostics

Publication History

Received: 05 January 2022

Accepted: 10 February 2022

Article published online:
16 March 2022

• Literatur

• 1 Lahad A, Malter AD, Berg AO. et al. The effectiveness of four interventions for the prevention of low back pain. JAMA 1994; 272: 1286-1291
• 2 Hildebrandt J. Skeletal muscle as a source of low back pain. Schmerz 2003; 17: 412-+ DOI: 10.1007/s00482-003-0251-9.
• 3 Granacher U, Zahner L, Gollhofer A. Strength, power, and postural control in seniors: Considerations for functional adaptations and for fall prevention. Eur J Sport Sci 2008; 8: 325-340 DOI: 10.1080/17461390802478066.
• 4 Pijnappels M, van der Burg PJ, Reeves ND. et al. Identification of elderly fallers by muscle strength measures. Eur J Appl Physiol 2008; 102: 585-592 DOI: 10.1007/s00421-007-0613-6.
• 5 Chang YT, Yu CW, Chao CM. et al. Relationship between Degree of Exercise Participation and Active Aging among Older Adults. Adv Public Hlth 2021; 2021 DOI: 10.1155/2021/3418568.
• 6 Hamar B, Coberley CR, Pope JE. et al. Impact of a Senior Fitness Program on Measures of Physical and Emotional Health and Functioning. Popul Health Manag 2013; 16: 364-372 DOI: 10.1089/pop.2012.0111.
• 7 Bassement JNC, Shukla BK, Yadav SK. et al. A Pilot Study to Detect Balance Impairment in Older Adults Using an Instrumented One-Leg Stance Test. J Biomech Eng 2020; 142 DOI: 10.1115/1.4046636.
• 8 Carter V, Jain T, James J. et al. The 3-m Backwards Walk and Retrospective Falls: Diagnostic Accuracy of a Novel Clinical Measure. J Ger Phys Ther 2019; 42: 249-255 DOI: 10.1519/Jpt.0000000000000149.
• 9 Herman T, Giladi N, Hausdorff JM. Properties of the ‘Timed Up and Go’ Test: More than Meets the Eye. Gerontology 2011; 57: 203-210 DOI: 10.1159/000314963.
• 10 Bak P, Anders C, Bocker B. et al. Reliability of the measurement of isometric maximal voluntary contraction of trunk muscles in healthy subjects. Phys Med Rehab Kuror 2003; 13: 28-34 DOI: 10.1055/S-2003-37669.
• 11 Essendrop M, Schibye B, Hansen K. Reliability of isometric muscle strength tests for the trunk, hands and shoulders. Int J Ind Ergon 2001; 28: 379-387 DOI: 10.1016/S0169-8141(01)00044-0.
• 12 Kurz E, Anders C, Walther M. et al. Force Capacity of Back Extensor Muscles in Healthy Males – Effects of Age and Recovery Time. J Appl Biomech 2014; 30: 713-721 DOI: 10.1123/jab.2013-0308.
• 13 Hansen L, Anders C. Influence of different control strategies on muscle activation patterns in trunk muscles. Physiol Rep 2014; 2 DOI: 10.14814/phy2.12229.
• 14 Hansen LC, Anders C. Trunk muscle amplitude-force relationship is only quantitatively influenced by control strategy. J Biomech 2016; 49: 408-415 DOI: 10.1016/j.jbiomech.2015.12.044.
• 15 Paillard T. Neuromuscular system and aging: involutions and implications. Geriatr Psychol Neur 2013; 11: 379-387 DOI: 10.1684/pnv.2013.0435.
• 16 Haggmark T, Thorstensson A. Fibre types in human abdominal muscles. Acta Physiol Scand 1979; 107: 319-325
• 17 Johnson MA, Polgar J, Weightman D. et al. Data on the distribution of fibre types in thirty-six human muscles. An autopsy study. J Neurol Sci 1973; 18: 111-129
• 18 Anders C, Brose G, Hofmann GO. et al. Evaluation of the EMG-force relationship of trunk muscles during whole body tilt. J Biomech 2008; 41: 333-339 DOI: 10.1016/j.jbiomech.2007.09.008.
• 19 Huebner A, Faenger B, Scholle HC. et al. Re-evaluation of the amplitude-force relationship of trunk muscles. J Biomech 2015; 48: 1198-1205 DOI: 10.1016/j.jbiomech.2015.02.016.