3-D-Rückengerätesystem Pegasus von BfMC Ein ...

3-D-Rückengerätesystem Pegasus von BfMC
Ein Computergestütztes Test- und Trainingssystem zur gezielten
Konditionierung der Rumpfmuskulatur – speziell der LWS – Motorik
Dr. Georg Blümel
BfMC Biofeedback Motor Control GmbH, Leipzig
1.0 Einleitung
Die Bedeutung der Rumpfmuskulatur zur Erhaltung der Funktion der Wirbelsäule ist
hinreichend bekannt.
Ebenfalls bekannt ist, dass
• das Auftreten von Dysbalancen bzw. Defiziten der Rumpfmuskulatur infolge
zivilisationsbedingter Verhaltensweisen für die Entstehung von Rückenproblemen bzw.
Rückenschmerzen verantwortlich gemacht wird.
• die Rückenproblematik, aufgrund der enormen Ausgaben dafür in zweistelliger
Milliarden-Höhe, inzwischen zum gesellschaftlichen Problem erhoben wird.
• durch gezieltes Training der Rumpfmuskulatur in ca. 80 % der Fälle eine Minderung
bzw. Beherrschung der Rückenprobleme erreichbar ist.
Zur Zeit existieren eine Reihe von Konzepten, die auf der Diagnose von Dysbalancen und
muskulären Defiziten und ihrer Bekämpfung durch Muskeltraining basieren.
Dabei wird nach trainingsmethodischen und anatomischen Gesichtspunkten verfahren unter
Einsatz der üblichen Sequenztrainingsgeräte (angepasst zum Training der
Rumpfmuskulatur).
Die gewonnenen Ergebnisse sind im höchsten Maße von den eingesetzten Gerätschaften
abhängig, da die Mensch-Maschine-Kopplung nicht standardisiert und die
Arbeitsbedingungen nicht eindeutig definiert sind, die Verfahrensweisen richten sich mehr
nach dem vorhandenen Instrumentarium; hinzu kommt, dass das eingesetzte
Instrumentarium große biomechanische Unzulänglichkeiten aufweist.
Aus diesem Grund wird nach Möglichkeiten der Standardisierung des Instrumentariums und
Verbesserung der Effektivität der eingesetzten Methoden gesucht. Da der methodische
Zugang vom vorhandenen Instrumentarium abhängt, ist verständlich, dass die
Anstrengungen vor allem in Richtung Standardisierung des Instrumentariums gerichtet sind.
Die Forderung nach Gerätesystemen, die als Standard dienen können, ist auch im Hinblick
ihres Einsatzes in den Bereichen der Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle notwendig.
Gerätesysteme zur Qualitätssicherung müssen hochwertige Systeme sein und sind deshalb in
der Regel kostenaufwändig. Die Kostenaufwändigkeit muss durch eine rationelle
Handhabung ausgeglichen werden. In der Regel ist dies durch Computerunterstützung und
Automatisierung der Test- und Trainingsabläufe erreichbar.
Bislang fehlten Gerätesysteme, die sowohl die räumliche Anordnung (mehrdimensionale
Gerätesysteme), als auch die funktionale Organisation (sensomotorische Systeme) und
funktionale Eigenschaften (lernfähige, selbstorganisierende Systeme) der Rumpfmuskulatur
berücksichtigen.
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Mit der Entwicklung des Computergestützten Test- und Trainingsgerätesystems
3-D-Rückengerätesystem PEGASUS von BfMC GmbH Leipzig wurde diese Lücke
geschlossen.
2.0 Theoretische Überlegungen
Bei der Suche nach Ansätzen und Kriterien, die von einem Standard-Instrumentarium zur
Behandlung von Rückenproblemen erfüllt werden müssen, spielt, wie schon erwähnt, die
Analyse der Struktur, der Aufgaben und der Eigenschaften der funktionalen Systeme der
Rumpfmuskulatur eine zentrale Rolle.
2.1 Zur Struktur der funktionalen Systeme der Rumpfmuskulatur
Die Rumpfmuskulatur (die Antriebs- und die die Wirbelsäule stabilisierende Muskulatur) ist
räumlich und Achsen symmetrisch um die Wirbelsäule angeordnet. Die einzelnen Muskeln
sind miteinander funktionell vernetzt und bilden räumlich strukturierte muskelmotorische
Netzwerke. Die Muskelnetzwerke der Rumpfmuskulatur sind funktional gut ausbalancierte,
dynamisch gekoppelte komplexe sensomotorische Antriebe (sensomotorische Regelkreise).
Mit Hilfe der Sensorik wird der Muskel zu einer regelbaren sensomotorischen Energie-
Kraftquelle. Die Funktion solcher Systeme ist im gleichen Maße von der Funktion
motorischer und sensorischer Elemente abhängig.
2.2 Aufgaben der funktionalen Systeme der Rumpfmuskulatur
Die Aufgabe der die Wirbelsäule stabilisierenden Muskulatur ist, die Belastung auf das
Skelett zu minimieren bei gleichzeitiger Optimierung des Wirkungsgrades der motorischen
Handlung.
Die Erfüllung dieser Aufgabe ist durch die enorme Antizipation und Regel- und
Steuerungsleistungen der sensomotorischen Systeme der Skelettmotorik möglich.
Jede erwartete oder tatsächlich auftretende Änderung der Position des Körpers infolge
durchgeführter willkürlicher Aktionen oder infolge von außen auf den Körper wirkender
Störkräfte wird im Sinne einer Voreinstellung oder im Sinne einer Regel- bzw.
Steuerreaktion dynamisch mit einer neuen Konfiguration (Reorganisation) der räumlichen
Vernetzung der sensomotorischen Netzantriebe der die Wirbelsäule bzw. das Skelett
stabilisierenden Muskulatur beantwortet.
2.3 Eigenschaften der funktionalen Systeme der Rumpfmuskulatur
Ein Wesensmerkmal biologischer Systeme ist, dass Beanspruchungen mit Auslösung
adaptiver Reaktionen beantwortet werden, die in Abhängigkeit von der Belastungsgröße
(Bewegungsausmaß, Lastwiderstand, Dynamik, Dauer) und Qualität (Bewegungsprofil,
Anzahl der Richtungswechsel pro Zeit, Anstiegsänderung/Bewegungsausmaß der
Führungsfunktion, Frequenzband der Führungsfunktion) zur Erhaltung oder zur
Verbesserung der Funktionalität führen. Das Ausbleiben von Beanspruchung führt in der
Regel zum Verlust an Funktionalität.
Die neuromuskulären, d. h. die sensomotorischen Systeme (die Muskulatur) der
Skelettmotorik und speziell die Wirbelsäule stabilisierenden Muskulatur sind aktiv-adaptive
selbstorganisierende Systeme, die entsprechend der aktuellen Anforderung (motorische
Aufgabe) ihr Zusammenwirken gestalten und bei lang andauernden Beanspruchungen ihr
Verhalten und ihre Leistungsfähigkeit im Zuge eines motorischen Lernprozesses
(funktionale Neuorganisation bzw. Reorganisation) gemäß dem geforderten
Bewegungsaufgaben-Spektrum dauerhaft einstellen können.
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Diese Basiseigenschaft biologischer Systeme ist verantwortlich für die Entstehung von
Rückenproblemen infolge Dysbalancen - Deformationen der räumlich-funktionellen Struktur
bei dauerhafter einseitiger Belastung (unkorrekte Haltung, arbeitsbedingt einseitigen
Anforderungen bzw. Überlastungen) - bzw. Leistungsdefiziten (motorische Unterforderung -
„zivilisationsbedingte Lebensweise“).
Diese Basiseigenschaft eröffnet aber auch große potentielle Möglichkeiten, durch gezieltes
Training - gezielte Beanspruchung der Rumpfmuskulatur - vorhandene Dysbalancen bzw.
Defizite auszugleichen und angestrebten Leistungsprogress zu erreichen. Dabei darf nicht
übersehen werden, dass die Dysbalancen bzw. die Leistungsdefizite sowohl morphologischenergetischen
als auch funktional-organisatorischen Ursprungs seien können.
Die Anpassung der Morphologie und Funktion der Skelettmotorik an die motorische
Leistungserfordernis muss aus heutiger Sicht als Ergebnis ablaufender aktiv-adaptiver
Reaktionen der Sensomotorik infolge gezielter Beanspruchung aufgefasst werden.
Die im Training erzielten Leistungsveränderungen sind also Ergebnis eines Lernvorganges,
der im höchsten Maße von der Bewegungsaufgabe und den Umständen, unter denen die
Bewegungsaufgabe erfüllt werden muss, d. h. von der spezifischen Beanspruchung,
abhängig ist.
3.0 Anforderungen an ein Standard-Instrumentarium zur Behandlung von Rücken-
Problemen
Aus der Analyse der Struktur, Funktion und Eigenschaften der funktionalen Systeme der
Rumpfmuskulatur folgt, dass ein Gerätesystem, das als Standard-Instrumentarium zur
Behandlung von Rückenproblemen durch Konditionierung der die Wirbelsäule
stabilisierenden Muskulatur dienen kann, folgende Kriterien erfüllen muss:
• Erzeugung von gut reproduzierbaren komplexen Belastungsprofilen - Beanspruchung
sowohl der morphologisch-energetischen Leistungen als auch der Steuer- und
Regelleistungen der Rumpfmotorik
• Berücksichtigung der räumlich-dynamischen Aufgabenstruktur der Rumpfmuskulatur,
d.h. das Gerätesystem muss ein mehrachsiger, mehrdimensionaler
Bewegungs- bzw. Belastungssimulator sein
• Für eine rationelle und effiziente Organisation des Test- und Trainingsprozesses
müssen online Biofeedback-Informationen zur Verfügung gestellt werden, d.h. das
Gerätesystem muss ein computergestütztes Test- und Trainingsgerätesystem sein.
Solche Gerätesysteme bezeichnet man als kybernetische Simulatoren oder Robotersysteme.
Der Einsatz solcher Systeme als Test- und Trainingsgeräte in Bereichen der Prävention und
Rehabilitation des Rückens ermöglicht die Standardisierung des Instrumentariums und
Rationalisierung der Behandlungsmethodik sowie den Aufbau eines Systems der
Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle in diesen Bereichen der Medizin.
Das von BfMC GmbH Leipzig entwickelte CTT 3-D-Rückengerätesystem PEGASUS
ist für Test und Training der Rumpfmuskulatur bzw. Rumpf-Sensomotorik und zum Einsatz
bei der Lösung von Problemen der Standardisierung der Test- und Trainingsmethodik, der
Qualitätssicherung bzw. Qualitätskontrolle in Bereichen der Therapie, Rehabilitation und
Prävention von Rückenproblemen geeignet.
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4.0 Das CTT 3-D-Rückengerätesystem PEGASUS
Kurzcharakteristik: PEGASUS ist seiner Struktur nach
- ein Robotersystem
- ein dreiachsiger Bewegungssimulator
- ein komplexes aktives computergestütztes Test- und Trainingssystem, das zum Test
und Training von räumlichen Bewegungs-Leistungs-Komponenten und des
Reaktions- und Kompensationsverhaltens der Wirbelsäulen-Muskulatur geeignet ist.
Das System ermöglicht sowohl eine genau und gut reproduzierbare Einnahme der Mess- und
Trainingspositionen als auch eine beliebig oft wiederholbare und gut reproduzierbare
Dosierung der Belastungsapplikation.
Der dreiachsige Bewegungssimulator besteht aus einem kardanisch aufgehängten
Dreiachsensystem, wobei die Bewegungsfreiheit jeder Achse von einem
computergesteuerten Bewegungsbremssystem kontrolliert wird. Der Proband befindet sich,
integriert in das System, in sitzender Position. Durch Kombination der unabhängig
voneinander gesteuerten Bewegungsachsen des Systems können alle denkbaren
Bewegungsabläufe des Rumpfes erzeugt werden.
Die Freiheitsgrade des Systems können beliebig variiert werden durch computergesteuerte
Blockierung der einzelnen Achsen. Dadurch können Test- und Trainingseinheiten in
beliebigen, allein durch die physiologisch-anatomische Beweglichkeit des Rumpfes
begrenzten Arbeitsebenen durchgeführt werden und damit die gesamte Raumstruktur der
Rumpfmuskulatur funktional beansprucht, d.h. getestet und trainiert werden. Die
wiederholbar genaue Positionierung ist durch die Computersteuerung der drei unabhängigen
Bewegungsbremssysteme gewährleistet.
Das CTT 3-D-Rückengerätesystem PEGASUS erlaubt die Durchführung eines
Beweglichkeits-, Kraftausdauer- und Maximalkrafttrainings unter isometrischen, auxotonen
und isodynamischen Arbeitsbedingungen.
Kontaktadresse:
Doz. Dr. sc. nat. Georg Blümel
BfMC Biofeedback Motor Control GmbH
Naumburger Str. 28
04229 Leipzig
e-mail: bluemel@bfmc.de
www.bfmc.de
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