Download PDF
Physikalische Medizin, Rehabilitationsmedizin, Kurortmedizin 2004; 14(4): 171-178
DOI: 10.1055/s-2003-814919
Wissenschaft und Forschung
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Identische muskuläre Beanspruchung bedingt von der Muskellänge abhängige unterschiedliche muskuläre Aktivierungsniveaus

Depending from Muscle Length Identical Muscular Strain Causes Different Muscular Activation LevelsC.  Anders1, 2 , S.  Bretschneider3 , A.  Bernsdorf3 , K.  Erler1, 4 , W.  Schneider3
  • 1Institut für Pathophysiologie, FB Motorik, Friedrich-Schiller-Universität Jena (Leiter: Prof. Dr. H. Ch. Scholle), Jena
  • 2Kompetenzzentrum für Interdisziplinäre Prävention der Friedrich-Schiller-Universität Jena in Kooperation mit der Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gaststätten (Leiter: Prof. Dr. H. Ch. Scholle), Jena
  • 3Arbeitsmedizinisches Präventionszentrum der FSA, Zentrum für Bewegungstherapie Erfurt (Leiter: Dr. med. W. Schneider), Erfurt
  • 4Moritz-Klinik GmbH & Co. Bad Klosterlausnitz (Chefarzt Orthopädie: PD Dr. med. habil. L. Brückner), Bad Klosterlausnitz
Further Information

Publication History

Eingegangen: 19. November 2003

Angenommen: 31. März 2004

Publication Date:
09 August 2004 (online)

Also available at
    Permissions and Reprints

Zusammenfassung

Fragestellung: Lassen sich Veränderungen in der neuromuskulären Ansteuerung nachweisen, wenn sich die Muskellänge verändert, die Kraftbeanspruchung jedoch identisch bleibt? Material und Methode: An einem Test- und Trainingsgerät für die Schultermuskulatur (IKARUS) wurden in der Sagittal-, Horizontal- und Frontalebene in jeweils vier Winkelstellungen beide entgegengesetzten Kraftrichtungen isometrisch mit einem Beanspruchungsniveau von 50 % der MVC betrachtet. Bei 15 gesunden Männern wurden OEMG-Amplituden von 13 Muskeln im Bereich der Schultern und der Oberarme gemessen. Ergebnisse: Gleiche Beanspruchungsniveaus erfordern unterschiedliche zentralnervöse Ansteuerungen. Diese sind von der aktuellen Muskellänge abhängig. Dabei erreichten die jeweils hauptsächlich an der Kraftgenerierung beteiligten Muskeln ihre höchste OEMG-Amplitude in der Gelenkstellung, in der sie die stärkste Verkürzung aufwiesen. Obwohl die gemessenen Kraftwerte in diesen Gelenkstellungen die geringsten waren, ließen sich beim nicht ermüdeten Muskel gerade hier die höchsten OEMG-Amplituden finden. Dies konnte für 10 der 13 untersuchten Muskeln statistisch signifikant nachgewiesen werden. Schlussfolgerung: Bei identischer muskulärer Beanspruchung ist bei maximal verkürztem Muskel offenbar die höchste neuromuskuläre Ansteuerungsintensität erforderlich. Dies eröffnet insbesondere in Hinblick auf die Rehabilitation funktioneller Teilparesen nach Traumen oder Operationen neue therapeutische Ansätze.

Abstract

Purpose: Is it possible to prove a relationship between changing neuromuscular activation and muscle length at identical strain levels? Materials and methods: In a test and training unit (IKARUS) isometric contractions at 50 % MVC level were performed in sagittal, frontal and horizontal plane. In every plane four angular positions were chosen and both opposite force directions were measured respectively. In a group of 15 healthy men SEMG was taken from 13 arm and shoulder muscles. Results: Equal force strain levels require different central nervous drive intensities. They depend on the actual muscle length. All investigated muscles reached their highest SEMG amplitude in joint positions in which they showed the strongest shortening. Although these positions showed the lowest force levels these non fatigued muscles reached their highest SEMG amplitudes. This could be proven as statistically significant in ten out of all 13 investigated muscles. Conclusion: At identical strain levels the most shortened muscle positions require the highest central nervous drive intensities. This reveals new perspectives concerning rehabilitation strategies of functionally caused pareses after traumata or operations.

Schlüsselwörter

Oberflächen-EMG - Muskellänge - muskuläre Koordination - isometrisches Training - Kraft

Key words

Electromyography - muscle - skeletal - exercise - isometric

Literatur

  • 1 Yang J F, Winter D A. Electromyographic amplitude normalization methods: improving their sensitivity as diagnostic tools in gait analysis.  Arch Phys Med Rehabil. 1984;  65 (9) 517-521
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 2 Ericson M O, Nisell R, Ekholm J. Quantified electromyography of lower-limb muscles during level walking.  Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine. 1986;  18 (4) 159-163
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 3 Hesse S. Locomotor therapy in neurorehabilitation.  Neurorehabilitation. 2001;  16 (3) 133-139
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 4 Sonntag D, Uhlenbrock D, Bardeleben A, Kading M, Hesse S. Gait with and without forearm crutches in patients with total hip arthroplasty.  International Journal of Rehabilitation Research. 2000;  23 (3) 233-243
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 5 Luttmann A, Jäger M, Sökeland J, Laurig W. Electromyographical study on surgeons in urology. II. Determination of muscular fatigue.  Ergonomics. 1996;  39 (2) 298-313
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 6 Kankaanpaa M, Taimela S, Webber C L, Airaksinen O, Hänninen O. Lumbar paraspinal muscle fatigability in repetitive isoinertial loading: EMG spectral indices, Borg scale and endurance time.  Eur J Appl Physiol. 1997;  76 (3) 236-242
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 7 Morlock M M, Bonin V, Muller G, Schneider E. Trunk muscle fatigue and associated EMG changes during a dynamic iso-inertial test.  Eur J Appl Physiol. 1997;  76 (1) 75-80
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 8 Lawrence J H, Luca C J de. Myoelectric signal versus force relationship in different human muscles.  J Appl Physiol. 1983;  54 (6) 1653-1659
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 9 Basmajian J V, Luca C J de. Muscles Alive. 5 ed. Baltimoore, London, Sydney; Williams and Wilkins 1985
    Search in Google Scholar
  • 10 Solomonow M, Baratta R, Shoji H, D'Ambrosia R. The EMG-force relationships of skeletal muscle; dependence on contraction rate, and motor units control strategy.  Electromyogr Clin Neurophysiol. 1990;  30 (3) 141-152
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 11 Gandevia S C, Enoka R M, McComas A J, Stuart D G, Thomas C K. Neurobiology of muscle fatigue. Advances and issues.  Adv Exp Med Biol. 1995;  384 515-525
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 12 Graven Nielsen T, Svensson P, Arendt Nielsen L. Effects of experimental muscle pain on muscle activity and co-ordination during static and dynamic motor function.  Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1997;  105 (2) 156-164
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 13 McNair P J, Depledge J, Brettkelly M, Stanley S N. Verbal encouragement: effects on maximum effort voluntary muscle action.  Br J Sports Med. 1996;  30 (3) 243-245
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 14 Spudich J A, Huxley H E, Finch J T. Regulation of skeletal muscle contraction. II. Structural studies of the interaction of the tropomyosin-troponin complex with actin.  Journal of Molecular Biology. 1972;  72 (3) 619-632
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 15 Linari M, Dobbie I, Reconditi M, Koubassova N, Irving M, Piazzesi G, Lombardi V. The stiffness of skeletal muscle in isometric contraction and rigor: the fraction of myosin heads bound to actin.  Biophysical Journal. 1998;  74 (5) 2459-2473
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 16 Ilebekk A, Kiil F. Cardiac performance: significance of the Frank-Starling mechanism at low inotropy.  Scandinavian Journal of Clinical & Laboratory Investigation. 1978;  38 (5) 407-413
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 17 Barnes G E, Chevis B C, Granger H J. Regulation of cardiac output during rapid volume loading.  American Journal of Physiology. 1979;  237 (3) R197-202
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 18 Mangano D T, Dyke D C van, Ellis R J. The effect of increasing preload on ventricular output and ejection in man. Limitations of the Frank-Starling Mechanism.  Circulation. 1980;  62 (3) 535-541
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 19 Luca C J de, Knaflitz M. Surface Electromyography: What's New?. Turin; C.L.U.T 1992
    Search in Google Scholar
  • 20 Kapandji I A. Funktionelle Anatomie der Gelenke. Stuttgart; Enke 1984
    Search in Google Scholar
  • 21 Lohse H, Ludwig R, Röhr M. Statistische Verfahren für Psychologen, Pädagogen und Soziologen. Berlin; Volk und Wissen 1982
    Search in Google Scholar
  • 22 Lehman G J, McGill S M. The importance of normalization in the interpretation of surface electromyography: a proof of principle.  J Manipulative Physiol Ther. 1999;  22 (7) 444-446
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 23 Rassier D E, MacIntosh B R, Herzog W. Length dependence of active force production in skeletal muscle.  Journal of Applied Physiology. 1999;  86 (5) 1445-1457
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 24 Maganaris C N. Force-length characteristics of in vivo human skeletal muscle.  Acta Physiol Scand. 2001;  172 (4) 279-285
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 25 Zedka M, Kumar S, Narayan Y. Comparison of surface EMG signals between electrode types, interelectrode distances and electrode orientations in isometric exercise of the erector spinae muscle.  Electromyogr Clin Neurophysiol. 1997;  37 (7) 439-447
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 26 Mannion A F, Dolan P. The effects of muscle length and force output on the EMG power spectrum of the erector spinae.  J Electromyogr Kinesiol. 1996;  6 (3) 159-168
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 27 Kolmerer B, Linke W A. Towards a molecular understanding of the elasticity of titin.  Circulation Research. 1997;  80 (2) 290-294
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 28 Clayton J, Benes V, Allen T, Ferguson C, Leonard K, Weber U, Knekt M, Ansorge W, Labeit S, Bullard B. et al . Differential expression of cardiac titin isoforms and modulation of cellular stiffness.  Journal of Molecular Biology. 2000;  296 (2) 435-448
    CrossrefPubMedSearch in Google Scholar
  • 29 Anders C, Müller S. Relation between electromyogram and force - dependency from muscle length.  Pflugers Arch. 2004;  447 (Suppl 1) S155
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 30 Bergmark A. Stability of the lumbar spine. A study in mechanical engineering.  Acta Orthop Scand Suppl. 1989;  230 1-54
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 31 Gibbons S GT, Comerford M J. Strength versus stability: Part 1: Concept and terms.  Orth Div Rev. 2001;  March/April 21-27
    PubMedSearch in Google Scholar
  • 32 Laube W, Weber J, Thue L, Schomacher J. Persistierende Kraftdefizite nach Hüft-TEP und Kreuzband-OP infolge gestörter Muskelaktivierung.  Manuelle Therapie. 1998;  3/98 120-129
    PubMedSearch in Google Scholar

Dr. med. Christoph Anders

Klinikum der FSU Jena · Institut für Pathophysiologie · FB Motorik

07740 Jena

Email: cand@moto.uni-jena.de