title: Influence of subject positioning on ankle plantar flexion torque development
Creators: name: Sickinger, Christoph
Publisher: name: :none
Year: 2017

description: Bewegungen im Sprunggelenk sind ein komplexes Zusammenspiel von vielen Gelenken, Muskeln und weiteren anatomischen Strukturen. Eine seriöse Untersuchung dieser Bewegungen muss darauf Rücksicht nehmen. Besonders anspruchsvoll ist die Erfassung des Drehmoments für die Plantarflexion, wegen der hohen auftretenden Kräfte. In der Studie von Herzog (1988) werden drei Hauptfaktoren genannt, welche zu Abweichungen zwischen gemessenem und resultierendem Moment bezüglich der jeweiligen Gelenkachse führen. Hierbei sind vor allem Gravitation, Trägheit sowie die Nachgiebigkeit des Systems aus Dynamometerarm und Schaftfuß ausschlaggebend. Werden die auftretenden Unterschiede zwischen gemessenem und resultierendem Drehmoment nicht berücksichtigt, führt dies zu Fehlschlüssen bezüglich der involvierten Muskeln und deren Eigenschaften. In der vorliegenden Studie wurde die Bewegung der Plantarflexion bei maximalen willkürlichen isometrischen Kontraktionen (MVC) untersucht, unter besonderer Berücksichtigung der Elastizität des Dynamometerarm-Schaftfuß Systems. An der Studie teilgenommen haben achtzehn Probanden. In einem vorgegebenen Messablauf wurden mehrere MVC bei unterschiedlichen Positionen am isokinetischen Dynamometer HUMAC® NORM™ (mit einer Abtastrate von 2000 Hz) ausgeführt. Synchron dazu wurden kinematische Daten mit dem Vicon MX™ System (200 Hz) erfasst. Die Bestimmung des Kraftangriffspunktes erfolgte mit einer an der Fußplatte des Dynamometeradapter angebrachten Druckverteilungsmesssohle (pedar®-x System), welche mit einer Abtastrate von 100 Hz Druckdaten aufzeichnete. Das wichtigste Ergebnis der durchgeführten Untersuchung ist ein signifikanter Einfluss der Probandenpositionierung auf das erreichte Drehmoment. Bis zu einem gewissen Maß unvermeidbar scheint die Rotation im Sprunggelenk während der MVC. Nichts desto trotz konnte eine Veränderung des Sprunggelenkwinkels während der Kontraktionen durch die engere Positionierung um ca. 50 % verringert werden. Zusätzlich war das erreichte Drehmoment in den Positionen näher am Dynamometer um etwa 14 % bis 28 % höher. Über Veränderungen in der Architektur der Muskel-Sehnen-Einheit bzw. über Bewegungen innerhalb der Gelenke während der MVC können nur Vermutungen angestellt werden; diese wurden in der durchgeführten Studie nicht erfasst. In zukünftigen Untersuchungen könnte das durch geeignete (bildgebende) Verfahren mitberücksichtigt werden. Auch wegen der in vorliegender Studie aufgetretenen Fehlausrichtung der Sprunggelenkachse mit der Dynamometerachse gilt es eine verbesserte und dennoch kostengünstige Messmethodik zu entwickeln, welche diesem Defizit zuvorkommt und über mögliche Abweichungen in der Achsenausrichtung schnellstmöglich informiert. Dennoch liegt die Vermutung nahe, dass bei adaptierter Positionierung der Probanden am Dynamometer verlässlichere Werte des „tatsächlichen“ Spitzendrehmoments gemessen werden. Die Fußplatte des Dynamometeradapters wurde dabei zu Beginn der MVC mit beträchtlichem Druck vorbelastet. Damit eine weitere Biegung des Systems aus Dynamometerarm und Schaftfuß im Verlauf der Messungen verringert und solidere Messergebnisse erzielt.
description: Accurate assessment of motion occurring around the ankle joint turns out to be rather difficult because of the various joints, muscles and other anatomical structures involved. Establishing plantar flexion torque is specifically challenging due to the high forces arising. Herzog (1988) mentions influencing factors like gravitational effects, inertial effects or non-rigidity of the dynamometer arm/shank-foot system, contributing to the discrepancy between measured and resultant joint moments. Not taken into account this leads to unreliable conclusions about the properties of the involved muscles and tendons. The present study tackles the specific shortcoming of non-rigidity of the dynamometer system, while maximal voluntary isometric plantar flexion contractions (MVCs). Eighteen male volunteers participated in the study. They underwent a predefined test sequence, consisting of multiple MVCs, performed at different measuring positions on the isokinetic dynamometer HUMAC® NORM™ (sampling frequency set to 2000 Hz). Kinematic data were collected simultaneously by eight cameras using the Vicon MX™ system operating at 200 Hz. In addition a pedar®-x insole was placed on the dynamometer footplate, recording pressure distribution data (at 100Hz) in order to estimate the point of force application. The main finding of this study is a significant effect of subject positioning on the exerted torque. Ankle joint rotation during MVC seems inevitable to at least some extent. Yet rotation during trials could be reduced by about 50 % due to the tightened positioning of the subjects. In addition, torque levels reached at positions with the participants brought closer to the dynamometer were approximately 14 % to 28 % greater. Changes in muscle-tendon architecture or inner joint motion throughout the contractions were not monitored in the present study and can therefore only be hypothesized. This drawback should be considered in future research also because substantial joint axes misalignment, despite careful consideration, appeared in the conducted study. The novel measuring approach might be improved via affordable methods dealing with those emerged difficulties. However, there is evidence for an improved setting of how participants should be adjusted on the dynamometer for “true” plantar flexion torque detection. With considerable preload pressure exerted on the ankle adapter footplate the non rigidity of the dynamometer arm/shank-foot system seems to be partly diminishable.