Biomechanical analysis of sit-to-stand motion in children with backpack load

Abstract

Ayağa kalkma hareketi günlük hareketler içinde en çok nöromaskülerkoordinasyon ve enerji gerektirenlerinden biridir. Bu çalışmanın birincil hedefi bilimselolarak izin verilen aralıktaki sırt çantası yükünün 10 yaşındaki çocukların ayağa kalkmahareketinde alt ekstremitelerin yanal düzlem kinematik ve kinetiğine olan etkileriniincelemektir. İkincil amaçlar ise hasar görme riskindeki uzuvların belirlenmesi ve bunlaratehlike arz edebilecek yük miktarının belirlenmesidir. Deney kurgusunda, ortalama olarak9.6 ± 1.2 yaşındaki 15 sağlıklı denekten 3 değişik koşulda ayağa kalkma hareketiniuygulaması istenmiştir. Bu koşullar: (1) Sırt çantası olmadan (2) Vücut ağırlığının 10%'ukadar yüklenmiş sırt çantası ile (3) Vücut ağırlığının 20%'si kadar yüklenmiş sırt çantasıile. Ayağa kalkma hareketi okul sırası boyutlarına uygun sabit yükseklikteki bir oturak iledeneklerin tercih ettikleri kalkma hızında gerçekleştirilmiştir. Kinematik ve kinetikölçümler 6 kamera ve 2 kuvvet ölçen plaka ile alınmıştır.Sonuçlar analiz edildiğinde sırt çantası yükünün ayağa kalkma hareketine etkisi ileilgili 4 dikkate değer sonuca ulaşıldı: (1) Nöromasküler sistem toplam kalkma süresindebir değişiklik yapmasa da her bir fazın sürelerini ayarlayarak yüklü ayağa kalkmahareketini gerçekleştirir. (2) Denekler yüklü kalkmayı kolaylaştırmak için kalkarken ilerieğilme stratejisini izlediler. Bu da yeri arkaya kaymış olan ağırlık merkezini öne ve ileriçekerek denge kontrolünü kolaylaştırdı ve düşmeyi zorlaştırdı. (3) Değişik yük miktarlarıdeğişik eklemlerde etkili oldu. Bilekte 20%'lik, dizde ise 10%'luk yükler dikkate değermoment artışlarına sebep oldu. Kalçada ise bir farklılık gözlenmedi. (4) Yüklü kalkmasırasında artan yük ve ayak bileği dorsifleksiyonun gastrocnemius ve soleus kaslarınınhem aktivitesini hem eksantirikliğini artırdığından hareketle ve iki kasın ve de bağlıbulundukları aşil tendonunun zorlanacağı söylenebilir.Anahtar Kelimeler: Ayağa Kalkma Hareketi, Sırt Çantası Yükü, Çocuklar,Hareket Analizi

Sit-to-stand (STS) motion is a highly coordinated and energy demanding task ofdaily activities. The primary objective of this study was to investigate the effects of backload on the sagittal plane kinematics and kinetics of STS motion in healthy children. Thesecondary objectives were to determine the limbs which may be more prone to damageand to suggest a critical value of back load relative to the body weight. Fifteen healthychildren (8 males, 7 females, mean age 9.6 ± 1.2) participated in the study to perform STSmotion in three conditions: (1) with no back load (2) with a back load of 10% of the bodyweight (BW) and (3) with a back load of 20% of the BW. The motion was performedusing a fixed bench height at a self-selected speed. Kinematic and kinetic data werecollected via a 6-camera motion analysis system and 2 force plates.The present results led us to four major conclusions reflecting the effects of backload on the STS motion: (1) The neuromuscular system is concluded to adjust thedurations of the individual phases rather than that of total STS in order to adapt themotion to the new mechanical conditions. (2) Subjects followed a ?trunk flexion strategy?in the loaded cases by shifting the new center-of-mass both forward and downwardpresumably to ease the control of the motion and to reduce the risk of falling. (3)Different back load levels affect different joints. Increasing the load to 20% BW causedsignificantly higher ankle moment. On the other hand, even 10% BW load producedsignificantly higher knee moment. However, no major effect of back load was shown onhip moment and power. (4). Back loading causes higher forces and increases the range ofeccentric activity of gastrocnemius and soleus muscles by leading to much higher anglesof ankle dorsiflexion. Therefore, the calf muscles and the achilles tendon, were concludedto be the most prone elements of the muscle-tendon complexes of the lower extremity todamage while performing STS motion with back load.Keywords: Sit-to-Stand Motion, Backpack Load, Children, Motion Analysis