Subscribe to RSS
DOI: 10.1055/s-0034-1396857
Elektromyografische Analyse der Halsmuskulatur bei simulierter Heckkollision an gesunden Probanden
Electromyographic Analysis of Neck Muscles at a Simulated Rear-end Impact in Healthy SubjectsPublication History
eingereicht 04 September 2014
akzeptiert 09 December 2014
Publication Date:
17 July 2015 (online)
![](https://www.thieme-connect.de/media/lro/201511/lookinside/thumbnails/0488_10-1055-s-0034-1396857-1.jpg)
Zusammenfassung
Hintergrund: Trotz der Einführung von Sicherheitsgurten und Kopfstützen ereignen sich weiterhin schwere Halswirbelsäulen (HWS)-Verletzungen bei Verkehrsunfällen. In dieser Untersuchung wurde an gesunden Probanden überprüft, ob es anthropometrische Faktoren oder muskuläre Eigenschaften gibt, welche die Reflexzeiten während einer Heckkollision beeinflussen können.
Methoden: Bei 32 männlichen Probanden wurden anthropometrische Daten und die Maximalkraft der Halsmuskulatur bestimmt. Anschließend wurden die Probanden einer simulierten Heckkollision mit einer Geschwindigkeit von 2 km/h ausgesetzt. Der Aufprall wurde dem Probanden beim ersten Testdurchlauf vorher nicht angekündigt. Die Situation wurde mehrmals wiederholt, um den Effekt der Vorwarnung zu testen. Während der Untersuchung wurde die Muskelaktivität von Hals- und Schultermuskulatur mittels Oberflächen-Elektromyografie (EMG) abgeleitet.
Ergebnisse: Es bestand eine hohe Korrelation zwischen der Reflexzeit der vorderen Halsmuskulatur und der Kraft dieser Muskelgruppe (r=−0,75; r²=0,57). Außerdem stellte sich die Nackenlänge als individueller Einflussparameter auf die Reflexzeit dar (r=−0,67; r²=0,45). Als ein weiterer Einflussfaktor auf die muskuläre Reaktion während einer Kollision zeigte sich die Vorwarnung. So sind die Reflexzeiten der Probanden signifikant kürzer (p<0,05), wenn bekannt war, dass es zu einem Aufprall kommen wird oder wenn sich die Probanden aktiv auf die Kollision einstellen konnten.
Schlussfolgerung: Hohe Kraftwerte der vorderen Halsmuskulatur haben präventive Wertigkeit für die Reduktion beschleunigungsinduzierter Verletzungen. Der Einsatz und die Weiterentwicklung von Frühwarnsystemen in Pkws sollte unterstützt werden.
Abstract
Background: Despite the introduction of safety belts and head restraints, severe neck injuries still occur in traffic accidents. Whether there are anthropometric factors or muscular properties, that affect the reflex times during a rear-end collision, and if they have predictive value for the expected trauma, should be reviewed in this investigation.
Methods: In 32 male volunteers anthropometric data and the maximal strength of their cervical musculature were measured. Thereafter, the volunteers were subjected to a simulated rear-end collision with a speed of 2 km/h. The impending crash was not announced to the subjects during the first test run. The situation was repeated several times to test the effect of warning. During the investigation, the muscle activity of neck and shoulder muscles was derived with surface electromyography (EMG).
Results: There was a strong correlation between the reflex time of the anterior neck muscles and the strength of that muscle group (r=−0.75; r²=0.57). In addition, the neck length correlated to the reflex time (r=−0.67; r²=0.45). The warning provided for the volunteers influences the EMG as well. The reflex times of the subjects were shorter (p Alle statistischen Berechnungen wurden mit IBM SPSS Statistics (Version 18; IBM Inc., Armonk, USA), sowie dem Programm Excel, (Microsoft, Redmond, USA) vorgenommen. Die Reflexzeiten wurden den anthropometrischen Daten, sowie der Muskelkraft gegenübergestellt und nach Pearson korreliert. Als eine angemessene Korrelation wurde das Quadrat des Korrelationskoeffizienten bei Werten r²>0,4 festgelegt. Außerdem wurden die Mediane der Reflexzeiten, der verschiedenen Kollisionssituationen miteinander verglichen. Das Signifikanz-Niveau wurde auf p<0,05 festgelegt. 0.05), when they knew about the impending collision.
Conclusion: A high force capacity of anterior neck muscles has preventive value to reduce the consequences of whiplash accidents. The use and development of early warning systems in cars should be supported.
-
Literatur
- 1 Krämer J, Hasenbring M, Theodoridis T et al. Bandscheibenbedingte Erkrankungen – Ursachen, Diagnose, Behandlung, Vorbeugung, Begutachtung. Stuttgart: Georg Thieme Verlag KG; 2006
- 2 Thomann KD, Rauschmann M. Whiplash injury and ”railway spine”. Versicherungsmedizin/herausgegeben von Verband der Lebensversicherungs-Unternehmen eV und Verband der Privaten Krankenversicherung eV 2004; 56: 131-135
- 3 Severy DM, Mathewson JH, Bechtol CO. Controlled automobile rearend collisions, an investigation of related engineering and medical phenomena. Can Med Assoc 1955; 11: 727-759
- 4 Mertz HJ, Patrick LM. Investigation of the kinematics of whiplash, 11th Stapp Car Crash Conference, Society of Automotive Engineers. Conference Paper; 1967 Anaheim, California
- 5 McConnell WE, Howard RP, Guzman HM. Analysis of human test subject kinematic responses to low velocity rear end impacts, 37th Stapp Car Crash Conference. Society of Automotive Engineers. Conference Paper: 37th Stapp Car Crash Conference Society of Automotive Engineers 1993 Warrendale, Pennsylvania
- 6 West DH, Gough JP, Harper GTK. Low speed rear-end collision testing using human subjects. Acc Reconstr J 1993; 5: 22-26
- 7 Szabo TJ, Welcher J. Human subject kinematics and electromyographic activity during low speed rear-end impact. 40th Stapp Car Crash Conference, Society of Automotive Engineers. Conference Paper: 40th Stapp Car Crash Conference, Society of Automotive Engineers 1996 Albuquerque, New Mexico
- 8 Ono K, Kanno M. Influences of the physical parameters on the risk to neck injuries in low impact speed rear-end collisions. Accid Anal Prev 1996; 28: 493-499
- 9 Panagiotacopulos ND, Lee JS, Pope MH et al. Detection of wire EMG activity in whiplash injuries using wavelets. Iowa Orthop J 1997; 17: 134-138
- 10 Magnusson ML, Pope MH, Hasselquist L et al. Cervical electromyographic activity during low-speed rear impact. Eur Spine J: official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society 1999; 8: 118-125
- 11 Brault JR, Siegmund GP, Wheeler JB. Cervical muscle response during whiplash: evidence of a lengthening muscle contraction. Clin Biomech (Bristol, Avon) 2000; 15: 426-435
- 12 Kumar S, Ferrari R, Narayan Y. Electromyographic and kinematic exploration of whiplash-type rear impacts: effect of left offset impact. Spine J 2004; 4: 656-665 discussion 666-658
- 13 Kumar S, Narayan Y, Amell T. An electromyographic study of low-velocity rear-end impacts. Spine (Phila Pa 1976) 2002; 27: 1044-1055
- 14 Siegmund GP, Blouin JS, Carpenter MG et al. Are cervical multifidus muscles active during whiplash and startle? An initial experimental study. BMC Musculoskelet Disord 2008; 9: 80
- 15 Grauer JN, Panjabi MM, Cholewicki J et al. Whiplash produces an S-shaped curvature of the neck with hyperextension at lower levels. Spine 1997; 22: 2489-2494
- 16 Bertholon N, Robin S, LeCoz J et al. Human head and cervical spine behaviour during low-speed rear-end impacts: PMHS sled tests with a rigid seat, International Research Council on the Biomechanics of Impact (IRCOBI). Conference Paper: International Research Council on the Biomechanics of Impact (IRCOBI) 2000 Montpelier, France
- 17 Deng B, Begeman PC, Yang KH et al. Kinematics of human cadaver cervical spine during low speed rear-end impacts. Stapp Car Crash J 2000; 44: 171-188
- 18 Cusick JF, Pintar FA, Yoganandan N. Whiplash syndrome: kinematic factors influencing pain patterns. Spine 2001; 26: 1252-1258
- 19 Yoganandan N, Cusick JF, Pintar FA et al. Whiplash injury determination with conventional spine imaging and cryomicrotomy. Spine 2001; 26: 2443-2448
- 20 Panjabi MM, Ito S, Pearson AM et al. Injury mechanisms of the cervical intervertebral disc during simulated whiplash. Spine 2004; 29: 1217-1225
- 21 Pearson AM, Ivancic PC, Ito S et al. Facet joint kinematics and injury mechanisms during simulated whiplash. Spine 2004; 29: 390-397
- 22 Siegmund GP, Sanderson DJ, Myers BS et al. Awareness affects the response of human subjects exposed to a single whiplash-like perturbation. Spine 2003; 28: 671-679
- 23 Staude GH. Precise onset detection of human motor responses using a whitening filter and the log-likelihood-ratio test. IEEE Trans Biomed Eng 2001; 48: 1292-1305
- 24 Kumar S, Ferrari R, Narayan Y. Kinematic and electromyographic response to whiplash-type impacts. Effects of head rotation and trunk flexion: summary of research. Clin Biomech (Bristol, Avon) 2005; 20: 553-568
- 25 Siegmund GP, Sanderson DJ, Myers BS et al. Rapid neck muscle adaptation alters the head kinematics of aware and unaware subjects undergoing multiple whiplash-like perturbations. J Biomech 2003; 36: 473-482
- 26 Mang DW, Siegmund GP, Inglis JT et al. The startle response during whiplash: a protective or harmful response?. J Appl Physiol 2012; 113: 532-540
- 27 Staude G, Wolf W. Objective motor response onset detection in surface myoelectric signals. Med Eng Phys 1999; 21: 449-467
- 28 Oberlandesgericht Frankfurt, Beschluss des Oberlandesgericht Frankfurt am Main vom 09.05.2011 (Az 14 U 37/11) In; 2011
- 29 Pearson I, Reichert A, De Serres SJ et al. Maximal voluntary isometric neck strength deficits in adults with whiplash-associated disorders and association with pain and fear of movement. J Orthop Sports Phys Ther 2009; 39: 179-187
- 30 Siegmund GP, Heinrichs BE, Wheeler JB. The influence of head restraint and occupant factors on peak head/neck kinematics in low-speed rear-end collisions. Accid Anal Prev 1999; 31: 393-407
- 31 Stemper BD, Yoganandan N, Rao RD et al. Reflex muscle contraction in the unaware occupant in whiplash injury. Spine 2005; 30: 2794-2798 discussion 2799
- 32 Dehner C, Schick S, Arand M et al. Influence of anthropometry on the kinematics of the cervical spine and the risk of injury in sled tests in female volunteers. Accid Anal Prev 2008; 40: 1305-1312
- 33 Kumar S, Narayan Y, Amell T. Role of awareness in head-neck acceleration in low velocity rear-end impacts. Accid Anal Prev 2000; 32: 233-241
- 34 Stemper BD, Yoganandan N, Cusick JF et al. Stabilizing effect of precontracted neck musculature in whiplash. Spine 2006; 31: E733-E738
- 35 Fanta O, Boucek J, Hadraba D et al. Kinematic and dynamic biomechanical values in relation to muscle activity during contact head impact. Neuro Endocrinolo Lett 2014; 35: 290-296