Untersuchung zur Erfassung der neuromuskulären Kontrolle mittels CoP track und Frequenz

Abstract-Text deutsch

Hintergrund: Die Goldstandardmethode zur Beurteilung der neuromuskulären Kontrolle des Rumpfes ist die Messung der posturalen Kontrolle. Als Maß wird häufig die zurückgelegte Strecke des Körperdruckzentrums (CoP track) verwendet. Der CoP track unterliegt jedoch teilweise erheblichen Boden- und Deckeneffekten. Eine genauere Messgröße zur Quantifizierung der neuromuskulären Kontrolle des Rumpfes könnte die Betrachtung des Leistungsumsatzes in selektiven Leistungsdichtespekten (PSD) sein. Es ist bekannt das sich im PSD verschiedene funktionale Bereiche (z. B. untere Extremitäten oder Rumpf) zuordnen lassen. 

Methoden: 66 gesunde Probanden (19-58 Jahre) nahmen an der prospektiven Studie teil und wurden 2021 in einer DOSB-lizenzierten sportmedizinischen Abteilung untersucht. Die Messung erfolgte mit einem modifizierten Wii-Balance-Board (Deutschland) im Sitzen und im beidbeinigen Stand über 60 Sekunden in randomisierter Reihenfolge. Die Abtastrate betrug 1 kHz bei 14-Bit-Quantisierung unter Verwendung eines Butterworth-Tiefpassfilters dritter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 14 Hz.Die Pearson-Korrelationskoeffizienten zwischen dem CoP track und der Leistungsumwandlung (Fläche unter dem Spektrum), gemessen im Stehen (ST) und im Sitzen (SI), innerhalb verschiedener Frequenzbereiche im gesamten Frequenzspektrum zwischen 0,01 und 10 Hz wurden ausgewertet. Die Messreihen wurden mit einer Grenzfrequenz von 14 Hz gefiltert, aus diesem Grund wurde die Betrachtung bis 10Hz gewählt, da darüber eine mögliche Abschwächung der Frequenzen durch den Filter vorliegen kann. Außerdem liegen die bekannten funktionellen Frequenzbereiche unter 10 Hz. Die Beschreibung der Daten erfolgte anhand von Mittelwert und Standardabweichung. Die Korrelation wurde mit einem Signifikanzniveau von p ≤ 0,05 analysiert.

 Ergebnisse: Bei den Probanden, die sich aus 34 Frauen und 32 Männern mit einem Durchschnittsalter von 28,6 Jahren (SD ± 7,7 Jahre), einer Durchschnittsgröße von 175,4 cm (SD ± 9,7 cm) und einem Durchschnittsgewicht von 72,2 kg (SD ± 15,4 kg) zusammensetzten, ergaben sich folgende Korrelationen zwischen dem CoP-track und der Leistungsumsetzung in der PSD. Frequenzspektrum; 0,01 -10 Hz (rST=0,501/ rSI= 0,514), 0,01 -4 Hz (rST=0,625/ rSI= 0,451), 4 -10 Hz (rST=0,486/ rSI= 0,809).

Diskussion: Die vorliegende Studie demonstriert vergleichende Messungen zwischen dem CoP track und dem Leistungsumsatz in selktiven Frequenzspektren. Sie zeigt, dass je nach Körperteil, die höchsten Korrelationen in unterschiedlichen Frequenzbereichen liegen. Insbesondere scheint, für die Quantifizierung der neuromuskulären Kontrolle des Rumpfes die Auswertung des Frequenzspektrums zwischen 4-10 Hz eine alternative Messgröße im Vergleich zur CoPtrack- Auswertung, darzustellen. Weitere Untersuchungen des Leistungsumsatzes bei Rückenschmerzpatienten, z.B. vor und nach einer rumpfstabilisierenden Trainingsmaßnahme scheinen sinnvoll um die Sensitivität dieser Messmethode zu untersuchen.

Abstract-Text englisch

Background: The gold standard method for assessing trunk neuromuscular control is to measure postural control. The measure commonly used is the distance traveled by the center of body pressure (CoP track). However, the CoP track is subject to significant floor and ceiling effects in some cases. A more accurate measure to quantify trunk neuromuscular control might be to look at power turnover in selective power density (PSD) aspects. It is known that in PSD different functional areas (e.g. lower extremities or trunk) can be assigned.

Methods: 66 healthy volunteers (19-58 years) participated in the prospective study and were examined in a DOSB-licensed sports medicine department in 2021. Measurements were performed with a modified Wii balance board (Germany) in sitting and in double-legged stance for 60 seconds in randomized order. The sampling rate was 1 kHz at 14-bit quantization using a third-order Butterworth low-pass filter with a cutoff frequency of 14 Hz.Pearson correlation coefficients between the CoP track and power conversion (area under the spectrum), measured in standing (ST) and sitting (SI), within different frequency ranges throughout the frequency spectrum between 0.01 and 10 Hz were evaluated. The series of measurements were filtered with a cutoff frequency of 14 Hz, for this reason the observation up to 10Hz was chosen, since above this a possible attenuation of the frequencies by the filter may be present. In addition, the known functional frequency ranges are below 10 Hz. The description of the data was based on mean and standard deviation. Correlation was analyzed with a significance level of p ≤ 0.05.

Results: For subjects composed of 34 females and 32 males with a mean age of 28.6 years (SD ± 7.7 years), a mean height of 175.4 cm (SD ± 9.7 cm), and a mean weight of 72.2 kg (SD ± 15.4 kg), the correlations between the CoP track and power conversion in the PSD were as follows. Frequency spectrum; 0.01 -10 Hz (rST=0.501/ rSI= 0.514), 0.01 -4 Hz (rST=0.625/ rSI= 0.451), 4 -10 Hz (rST=0.486/ rSI= 0.809).

Discussion: The present study demonstrates comparative measurements between the CoP track and power turnover in selctive frequency spectra. It shows that depending on the body part, the highest correlations are in different frequency ranges. In particular, for the quantification of neuromuscular control of the trunk, the evaluation of the frequency spectrum between 4-10 Hz seems to be an alternative measure compared to the CoPtrack evaluation. Further investigations of the power turnover in back pain patients, e.g. before and after a trunk stabilizing training measure seem to be useful to investigate the sensitivity of this measurement method.