Nelipistevyötuennan vaikutus ylävartalon lihasaktiivisuuteen, selkälihasten refleksivasteeseen ja lihasväsymykseen työkoneperäisessä tärinäaltistuksessa

Abstract

Jylänki, Juha Petteri 2013. Nelipistevyötuennan vaikutus ylävartalon lihasaktiivisuuteen, selkälihasten refleksivasteeseen ja lihasväsymykseen työkoneperäisessä tärinäaltistuksessa. Liikuntabiologian laitos, Vuotech, Jyväskylän Yliopisto. Biomekaniikan pro gradu –tutkielma, 94 s.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää nelipistevyön tuennan merkitys pitkäkestoisessa (7x8 min) työkoneperäisessä tärinäaltistuksessa. Tuennan vaikutusta tutkittiin mittaamalla altistuksen aiheuttamaa lihasaktiivisuutta altistuksen aikana, sekä altistuksen jälkeistä lihasväsymystä. Tutkimuksessa pyrittiin hakemaan myös yhteyttä lihasaktiivisuuden ja koehenkilöiden kokeman subjektiivisen rasituksen välillä. Lisäksi tutkittiin tuennan merkitystä koehenkilöiden selän ojentajalihasten refleksivasteiden muutoksiin äkillisessä y-suuntaisessa istuma-alustan poikkeutuksessa. Altistuksen aikaista lihasaktiivisuutta, refleksivasteita ja väsymistä tutkittiin käyttämällä tekstiiliin integroitua EMG mittausteknologiaa. EMG mittaukset suoritettiin selän ojentajalihaksista, vinoista vatsalihaksista sekä epäkäslihaksista. Lihasaktiivisuutta tutkittiin analysoimalla EMG pitkäkestoisesta altistuksesta sekä tärinäherätteen maksimikiihtyvyyskohdista Selkälihasten väsymistä tutkittiin Biering-Sørensen menetelmällä mittaamalla selän ojentajalihasten kestävyyttä isometrisesti sekä väsymisen aiheuttamia EMG spektrin muutoksia. Koettua rasitusta arvioitiin kyselyllä, joka toteutettiin VAS menetelmällä. Koska keskivartalon lihakset ovat ainoa aktiivinen komponentti, joka voi vaikuttaa suojaavasti ulkoisen häiriön tapauksessa, refleksivastemuutoksilla ja lihasväsymisellä voi olla merkitystä oikea-aikaisen ja riittävän suojan aikaansaamiseksi erityisesti iskumaisessa altistuksessa. Aidosta työkoneympäristöstä tallennettu pitkäkestoinen heräte aiheutti lihasaktiivisuuden muutoksia altistuksen edetessä. Lihasaktiivisuus pääosin kasvoi, sekä tuennan kanssa, että ilman tuentaa. Ilman vöitä selän ojentajalihaksissa aktiivisuuden suhteellinen kasvu oli oikealla puolella 9.6 ± 24.1 % (n.s.) ja vasemmalla puolella 9.7 ± 24.1 % (n.s.). Vasemmalla puolella vöiden kanssa aktiivisuuden kasvu oli 15.4 ± 22.7 % (p<0.05). Poikkeuksena lihasaktiivisuuden kasvuun, oikean puolen selän ojentajalihaksissa aktiivisuus laski tuennan kanssa –13.8 ± 20.4 % (p<0.05). Epäkäslihaksissa aktiivisuus lisääntyi sekä tuetussa, että ei tuetussa altistuksessa. Oikealla puolella ilman vöitä aktiivisuus kasvoi 20.0 ± 36.9 % (n.s) ja vöiden kanssa 50.0 ± 98.7 % (n.s). Vasemmalla puolella ilman vöitä aktiivisuus kasvoi 16.5 ± 43.1 % (n.s) ja vöiden kanssa 64.0 ± 92 % (p<0.05). Altistusjaksoja vertailtaessa tuennan vaikutus näkyi jokaisessa mitatussa lihasryhmässä pienempänä aktiivisuutena. Oikean puolen epäkäslihaksessa tuenta laski lihasaktiivisuutta tilastollisesti merkitsevästi, sekä 1. että 7. altistujaksolla: 43.8 ± 60.3 % (p<0.05) ja 32.3 ± 48.5 (p<0.05). Koehenkilöiden kokema rasitus kasvoi altistuksen myötä: ilman tuentaa VAS keskiarvon muutos oli 10.67 ± 11.27 % (p<0.001) ja tuennan kanssa VAS keskiarvon muutos oli 11.89 ± 11.25 % (p<0.01). Refleksivasteessa tuennan ei havaittu merkittävästi vaikuttavan latenssiin eikä refleksivasteiden lihasaktiivisuuteen. Lihasaktiivisuuden ja koehenkilöiden kokeman rasituksen välillä havaittiin yhteys. Selän ojentajalihaksissa vasemmalla puolella ilman vöitä r=0,989, p<0.05 ja vöiden kanssa r=0,996, p<0.05. Myös epäkäslihaksissa havaittiin oikealla puolella tilastollinen merkitsevyys tuetussa mittauksessa r=0.991, p<0.05 sekä ilman tuentaa vasemmalla puolella r=0,995, p<0.05.

Yhteenvetona todetaan, että nelipistevyöllä toteutetulla tuennalla on merkitystä lihasaktiivisuuteen, sekä keskivartalossa, että epäkäslihaksissa. Tutkimuksen perusteella tuenta myös vaikuttaa koehenkilön kokemaan rasitukseen vähentävästi. Tutkimuksessa ei voitu osoittaa altistuksen aiheuttamaa lihasväsymystä eikä vaikutusta asentokontrollin heikkenemiseen vertailutilanteessa. Tekstiiliin integroitu EMG mittausmenetelmä osoittautui nopeaksi ja sopivaksi tavaksi mitata lihasaktiivisuutta pitkäkestoisesta koko kehon tärinäaltistuksesta. Tutkimuksessa esiintynyt lihasaktiivisuuden kasvu voi pidemmissä altistuksissa vaikuttaa refleksivasteisiin ja sitä kautta heikentyneeseen asentokontrolliin ja puutteelliseen lihaskontrolliin lantion alueella.

Jylänki, Juha Petteri 2013. The effect of harness belt support to upper body muscle activity, back extensor muscle reflex response and muscle fatigue in a construction and forest machinery based whole-body vibration exposure. Department of Biology of Physical Activity, Vuotech, University of Jyväskylä. Master´s Thesis of Biomechanics, 94 pp.

The purpose of this study was to investigate the effect of a harness belt support in construction and forest machinery based (7x8 min) long whole body vibration exposure. The effect of seating support was evaluated by measuring the muscle activity during the exposure and the fatigue after the exposure. After exposure, back muscle reflex response was examined using the sudden perturbation in y-direction (laterally) while seated. The correlation between the subjective feeling and muscle activity was also investigated. The muscle activity was measured using EMG electrodes which were embedded to textiles. Muscles under investigation were Erector Spinae, Obliquus Externus and Trapezius. Muscle activity was analysed during the long term exposure and phases with maximal acceleration. The back extensor fatigue was investigated using Biering-Sørensen method, where endurance is measured using submaximal isometric contraction. EMG spectrum changes from Erector Spinae where recorded and analysed. Subjective stress from exposure was recorded and analyzed using VAS method. Because the abdominal body muscles are the only active component that can protect the lumbar spine from external perturbations, changes in the reflex responses and muscle fatigue can have importance in right-timing and adequate protection level especially in a shock type of perturbations.

The random type vibration, which was recorded from the forwarder, caused changes in muscle activity during exposure. The muscle activity mainly increased with and without harness belt support. In Erector Spinae muscles the activity increment during exposure was on the right side 9.6 ± 24.1 % (n.s.) and 9.7 ± 24.1 % (n.s.) on the left side without the support. With the harness support the activity increment on the left side was 15.4 ± 22.7 % (p<0.05). With the exception of increased muscle activity, on the right side of the Erector Spinae the activity decreased –13.8 ± 20.4 % (p<0.05). In Trapezius muscles the activity increase was on right side 20.0 ± 36.9 % (n.s) without harness belt and with belt 50.0 ± 98.7 % (n.s). On the left side without the harness belt activity increase was 16.5 ± 43.1 % (n.s) and with belt 64.0 ± 92 % (p<0.05). When the muscle activity was compared by exposure periods the effect of the harness belt support was seen as a reduced muscle activity in each evaluated muscle group. On the right side of the trapezius muscle the harness belt support reduced the muscle activity both 1st and 7th exposure period: 43.8 ± 60.3 % (p<0.05) and 32.3 ± 48.5 (p<0.05). During the exposure the subjective stress was increased. In both cases there was a statistically significant difference in subjective stress: without support averaged VAS change was 10.67 ± 11.27 % (p<0.001) and with support averaged VAS change was 11.89 ± 11.25 % (p<0.01). With the harness support there was no clear difference on short latency reflex or the muscle activity on reflex response. It was found that there is a connection between the experienced stress level and muscle activity. With Erector Spinae muscle on left side without harness support r=0,989, p<0.05 and with support r=0,996, p<0.05. Also with Trapezius muscle there was a statistical significance on right side when the exposure was done with support r=0.991, p<0.05 and on left side without the harness belt support r=0,995, p<0.05.

As a conclusion it can be assumed that the harness belt support can have a degrading effect on muscle activity on abdominal muscles and trapezius muscles. In addition to this the support has also an effect to degrade the experienced stress level. In this investigation it was not possible to show the changes in fatigue level or postural control. The EMG garment was shown to be a fast and suitable way to record muscle activity from the longer whole-body vibration exposure periods. Based on this study it is assumed that increased muscle activity due to whole body vibration exposure can have an effect to reflex responses and inadequate postural control on pelvic area.