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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-12996
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/1299/


Otto, Maria Natalie

Achillessehnen-Vibration als spezifische Störreizung der propriozeptiven Rückmeldung bei der Standkontrolle des Menschen

Achilles tendon vibration - a specific tool for disturbing the proprioceptive loop in human posture control

Dokument1.pdf (3.105 KB) (md5sum: 53dbabfd6063ae837d81b14e55461b94)

Kurzfassung in Deutsch

Die vorliegende Arbeit untersucht die Bedeutung der Propriozeption bei der Standregulation des Menschen. In dieser ist eine lokale Rückkopplungsschleife zur Regelung der Körperposition im Sprunggelenk gegen die Füße auf einer Fußunterstützungsfläche realisiert. Es wurde eine Methode entwickelt, mit der über Achillessehnen-Vibration gezielt in diese Schleife eingegriffen werden kann. Für einen systemanalytischen Ansatz wurde der Vibrationsreiz über ein Frequenz- und Amplitudenspektrum variiert. Die durch die Vibration simulierte Muskeldehnung induzierte eine posturale Antwort, die anhand der Auslenkungen des Körperschwerpunktes (COM) und des Oberkörper, sowie der Verlagerung des mittleren Belastungspunktes auf der Fußunterstützungsfläche (COP) charakterisiert wurde.
Zunächst erfolgte diese Charakterisierung bei Normalpersonen auf einer stabilen Fußunterstützungsfläche. Anschließend wurde durch Untersuchung von Patienten mit beidseitigem vollständigen Ausfall der Labyrinth-Funktion und einen Vergleich mit den Daten der Normalpersonen die Interaktion mit dem vestibulären System untersucht. Ferner wurde bei Normalpersonen die Interaktion mit dem visuellen System betrachtet. Um den Eingriff der Vibrationsreize in die lokale Schleife der Propriozeption weiter zu verstehen, wurde diese Schleife durch eine Kopplung der Bewegungsplattform an die Eigenbewegung der Versuchsperson in graduellen Abstufungen unterbunden. Zudem erfolgte eine Vibrationsreizung auf einer in anterior-posterior frei beweglichen Fußunterstützungsfläche. Abschließend wurde die Interaktion einer durch die Vibration simulierten Muskeldehnung mit einer tatsächlichen Dehnung durch eine transiente Kippung der Plattform im Sprunggelenk der Versuchsperson untersucht.
Die induzierte Vibrationsantwort gliederte sich in drei Reaktionsteile, von denen die erste (aR1) als eine „Sicherheitsreaktion“ nach vorn angesehen wurde, um den COP in einen optimalen Arbeitsbereich zu verlagern, und die letzte (aR2) eine dynamische Rückkehr zur Ausgangsposition darstellte. Die Haupt-Vibrationsantwort (pR) erfolgte als eine Verlagerung von COM, Oberkörper und COP nach hinten, wobei der Oberkörper durch ein Abknicken im Hüftgelenk nur eine kleine Auslenkung erfuhr. Das zeitliche Auftreten der Antwort war an die Reizdauer gekoppelt, und „pR“ erfolgte immer nach ca. drei Viertel der Reizdauer. Die Antwortamplitude von "pR“ war sowohl von der Reizfrequenz, als auch von der Vibrationsamplitude abhängig und ließ sich als eine Abhängigkeit von der „Vibrationsmenge“, also dem Integral (Reizstärke x Reizdauer) beschreiben. Für die Übertragung des Reizes auf den Muskel postulieren wir eine Totzone von 0,07 mm, unterhalb der keine posturale Antwort induziert wird.
Auch die Patienten ohne ein funktionierendes Gleichgewichtsorgan waren in der Lage, bei der durch die Vibration induzierten Ausgleichsbewegung ihre Balance zu halten. Ihre Körperbewegungen fielen jedoch größer aus als die der Normalpersonen.
Wenn den Normalpersonen die Möglichkeit gegeben war, während der Vibration eine visuelle Raumreferenz zu nutzen, fiel die Vibrationsantwort wesentlich kleiner aus als ohne eine visuelle Rückmeldung. Vor allem der Oberkörper wurde mit Hilfe der visuellen Referenz annähernd im Raum stabilisiert.
Eine graduelle Unterbindung der propriozeptiven lokalen Schleife durch Kopplung der Fußunterstützungsfläche an die Körperbewegung mit unterschiedlichen Faktoren bewirkte in gradueller Abstufung eine Verstärkung der Vibrationsantwort.
Auf einer frei beweglichen Fußunterstützungsfläche erfolgte bei fixiertem Körper und einer waagerechten Ausgangsposition der Füße die induzierte Ausgleichsbewegung als Rotation der Füße im Sprunggelenk nach unten.
Die posturale Antwort auf eine transiente Plattformkippung schien sich mit der durch Vibration induzierten Ausgleichsbewegung additiv zu verhalten. Dies galt sowohl für Plattformkippungen im Sprunggelenk nach vorn als auch nach hinten. Dabei wird durch zunehmende Vibration der Körper auf einer nach vorn ausgelenkten Plattform zunehmend besser im Raum stabilisiert, während die Körperauslenkung nach hinten auf einer nach hinten gekippten Plattform durch die Vibration verstärkt wird.
Sobald das Gleichgewicht durch eine potentiell bewegbare Plattform in Gefahr geriet, fiel die Vibrations-induzierte Körperauslenkung nach hinten kleiner aus als auf fortwährend stabiler Fußuntertstüzungfläche. Dies galt gleichermaßen für Normalpersonen und Patienten.
Das von Merger et al. (2003) vorgelegte posturale Modell wurde mit den Erkenntnissen dieser Arbeit erweitert, indem eine mögliche Verschaltung der propriozeptiven Wege und die Interaktion mit Vibrationsreizen implementiert wurde. Die Computersimulation lieferte für alle vorgelegten Befunde über die Interaktion der entsprechenden Sinnessysteme eine sehr gute Beschreibung der Daten.


Kurzfassung in Englisch

This dissertation deals with the meaning of proprioception in human posture control. The orientation of the upright standing body is controlled via a proprioceptive local loop which determines the ankle angle with respect to the support surface.
We developed a method of achilles tendon vibration to interfere well directed with the proprioceptive local loop. We thereby varied the vibration-stimulus over a spectrum in frequency and amplitude.
According to the stretching of the vibrated muscles we got a postural response in terms of a regulatory movement. This was qualified by measurement of displacements of center of mass (COM), center of pressure (COP) and upper body.
The characterisation of the postural response was first done with normal subjects on a stable support surface. Afterwards we compared these data with those of patients with bilateral complete loss of labyrinth function in order to investigate the interaction of proprioception and the vestibular system. Moreover we investigated in normal subjects the interaction with the visual system.
To have a closer look on the interference of vibration-stimuli with the proprioceptive local loop we opened this loop by the so-called „body sway referencing of platform“ method. In these experiments subjects stood on a motion platform which followed the movement of the subject itself. The coupling between the subjects movement and the motion platform as varied gradually.
At last we investigated the interaction of a simulated muscle extension - by vibration - and a real extension produced by a transient tilt of the motion platform.
The vibration response consisted of three parts. We considered the first one (aR1) a security response which places the COP in the middle of the working range. The last reaction part (aR2) was a dynamic return to the original state. The main response (pR) was a backward excursion of COM and COP. The upper body received only a little excursion by means of a hip bending.
The amplitude of “pR” was dependent on stimulus frequency and amplitude as well and therefor could be explained by a dependency on the amount of vibration (the stimulus integral: amplitude x duration). We postulated a dead zone of 0,07 mm below which there is no postural response.
Even patients with bilateral loss of labyrinth function were able to maintain balance during the vibration stimuli, but there postural responses were much larger than these of normal subjects.
With a additional visual reference the postural response of normal subjects was smaller than without a visual clue. The upper body was thereby nearly stabilised upright.
A gradual opening of the proprioceptive local loop by means of different coupling factors between the subjects movement end the motion platform caused a gradual enhancement of the postural response.
The postural response to an additional platform tilt which was applied simultaneously to the vibration stimulus could be explained by a addition of the responses to the separate stimuli (vibration or tilt). On a forward tilted platform the body is more and more stabilised in space as it is inclined backwards due to vibration. On a backward tilted platform both stimuli produce a backward excursion of the body which is therefore enhanced compared to the response to a single stimulus.
In case of an endangered balance through a possibly tilted motion platform the vibration response was smaller than in normal cases on a stable support surface.
The findings of these experiments were added to the postural model of Mergner et al. (2003) in order to make a possible description of the proprioceptive input in posture control. For all experiments the simulated data gave a good description of the experimental findings.


SWD-Schlagwörter: Propriozeption , Achillessehne
Freie Schlagwörter (deutsch): Standkontrolle , Mensch , Vibration
Freie Schlagwörter (englisch): posture control , human , tendon vibration , proprioception
Institut 1: Institut für Biologie 1 (Zoologie)
Institut 2: Neurozentrum
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Vogt, Klaus (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 17.05.2004
Erstellungsjahr: 2004
Publikationsdatum: 09.06.2004
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