An investigation into the biomechanical characteristics and physiological cost of three standardized pulling tasks

The purpose of this study is to measure energy expenditure and trunk kinematics while performing three standardized pulling tasks. It is hypothesized that as the height of pulling increases (handle height) energy expenditure and trunk kinematics will change to reflect this. In order to accomplish this research twelve female and seventeen male subjects from a university aged population participated in the study. The subjects were instructed to pull at three heights (hip, shoulder, eye) at a rate of ten pulls per minute, for a period of 10 minutes (one hundred total pulls). The load was fixed at 15% of the subject's absolute body mass. Based on previous research, subjects were instructed to assume a standardized fixed foot position. This was performed in order to control the foot positioning while performing the pulling task. Statistics . The data set was verified to satisfy assumptions inherent with a repeated measures analysis of variance (ANOVA). Where main effects existed, a Bonferroni pairwise comparison was performed to determine significance. Results . Statistical significance was obtained for energy expenditure, sagittal displacement and twisting velocity. Hip pulling energy expenditure was lower than shoulder and eye pulling energy expenditure (7% and 11%, respectively, p< 0.05). Finally, twisting velocity at hip and shoulder pulling were 30% and 36% (p< 0.05) than twisting velocity at eye pulling. Hip pulling involves less sagittal displacement than shoulder (p=.004) and eye (p=0.001) by 37% and 46%, respectively. Conclusion . Physiological data indicate that all three heights of pulling are characterized as 'light' work and a slight increase in energy expenditure was apparent as the pulling height increased. This change in trunk kinematic movement strategies from a predominantly twisting motion at hip height to a forward/backward flexion at eye height leads to an increase in energy expenditure in inexperienced individuals

Obesity and Balance Control

L'obésité affecte le contrôle de l'équilibre. Deux facteurs, biomécanique et sensoriel, contribuent à le réduire. Une masse augmentée, située au niveau de l'abdomen, provoque une augmentation du moment de force gravitationnel à la cheville. Une plus grande force musculaire est alors nécessaire, introduisant plus de variabilité dans le contrôle moteur, ce qui mène à des oscillations du corps plus importante. La deuxième composante qui n’a pas encore été vérifiée, suggère qu’elle soit la résultante des effets de l'augmentation de la masse corporelle sur les mécanorécepteurs plantaires. Ces mécanorécepteurs fournissent de l’information liée à la position du centre de pression. La surcharge pondérale pourrait augmenter le seuil de sensibilité des mécanorécepteurs et ainsi réduire la qualité des rétroactions sensorielles. Cela causerait des oscillations du corps de plus grande amplitude. Cette thèse explore ces hypothèses. Afin d'évaluer si la force musculaire permet un meilleur contrôle de l’équilibre, deux projets distincts ont été effectués. Le premier projet évaluait la manière dont la force musculaire et le contrôle de l’équilibre étaient affectés par la perte de poids. Le deuxième projet consistait à mesurer le contrôle de l'équilibre dans un groupe d'individus athlétiques bien entrainés avec un indice de masse corporel (IMC) semblable aux personnes obèses. Les deux projets ont démontré que le contrôle de l’équilibre n'était pas affecté par la force de contraction maximale des quadriceps dans la population obèse. Dans un troisième projet, nous avons évalué et constaté que l'obésité contribuait à réduire l'équilibre chez les personnes âgées. Deux autres projets ont été réalisés afin d’étudier la contribution des afférences provenant de la voûte plantaire sur le contrôle de l'équilibre. Le premier impliquait un refroidissement de la voûte plantaire et mesurait son effet sur le contrôle de l'équilibre. À court terme, un effet sur la réduction du contrôle de l’équilibre a été observé. Le projet final de cette thèse portait sur l’effet à court terme d’une masse ajoutée au corps, pour simuler l’impact de l’obésité, sur la sensibilité plantaire. Dans des conditions où la voûte plantaire subissait une pression accrue, nous avons trouvé une sensibilité plantaire réduite. Ces résultats supportent l’hypothèse sensorielle, sans toutefois écarter l’hypothèse mécanique, pour expliquer l’association entre une réduction du contrôle de l’équilibre et l'obésité.Obesity affects balance control. There are two possible contributing factors to this reduced balance control: biomechanical and sensory. The increased mass, that is centrally located on the abdomen, causes an increased gravitational torque about the ankle joint. This increased ankle torque requires greater muscular strength and this introduces greater variability into the control system and results in larger body oscillations. The second component that has not yet been identified is suggested to result from the effects that an increased in body mass has on the plantar sole mechanoreceptors. These mechanoreceptors participate in body sway awareness and it is thought that the additional mass of the body may alter the sensitivity of these mechanoreceptors and reduce the quality of the feedback afferent signal and this may then lead to larger body sway. This thesis explores both of these hypotheses. In order to observe how muscular strength affects the mechanical contributions towards quiet standing we performed two separate projects. The first project evaluated how weight loss affected muscular strength and standing balance control. The second project involved measuring balance control in a group of athletic individuals who were well trained but had a body mass index (BMI) similar to obese individuals. Together, both projects demonstrated that balance control is not significantly associated by quadriceps maximal voluntary contraction strength in the obese population during normal quiet standing. In a third project, we evaluated whether obesity affects balance control in elderly females. To single out the role of obesity, balance control of normal weight elderly women was compared to that of obese elderly women. We found that obesity contributes to reduced balance control in elderly individuals. This has important implications as a falls risk factor in this population. We also performed two projects investigating the sensory contributions to reduced balance control. The first project involved cooling the plantar sole and measuring balance control. A short term effect of reduced balance control was found. This demonstrates that reducing the sensation of the plantar sole affects standing balance control. The final project in this thesis measured the effects of two things on plantar sole sensitivity; the effects of adding a short term mass to the body and the position of the center of pressure relative to a point of stimulation. In conditions with increased pressure on the plantar sole we found reduced sensitivity in the plantar sole. This has implications for explaining the reduced balance control in obesity. In conclusion, this thesis explores biomechanical and sensory contributions to standing balance control

Les effets de la vibration du tendon d’Achille, du long fibulaire et du tibial antérieur sur le contrôle de l’équilibre et l’électromyographie de la jambe inférieure chez l’adulte jeune avec et sans entorse de la cheville

Introduction : L’entorse de cheville est un traumatisme sportif courant ayant souvent des symptômes résiduels post-traumatiques, également appelés instabilité chronique (IC). L’objectif de ce projet est d’explorer les effets de la vibration de trois tendons de la jambe sur des variables posturales et sur l’électromyographie chez des athlètes en bonne santé et des athlètes avec IC. Matériel et méthodes : Vingt participants (10 IC) ont fait l’objet d’un plan expérimental transversal. Nous avons mesuré les réponses posturales et les réponses musculaires avec différents emplacements de vibrateurs tendineux et dans des conditions visuelles et non visuelles (28 essais de 60 s). Chaque essai était découpé en 3 phases : 20 s-pre, 20 s-vibration, 20 s-post. Résultats : Réponses posturales : le groupe IC présentait une vitesse d’oscillation posturale accrue par rapport au groupe non blessé dans des conditions visuelles yeux ouverts (F[1,18] = 16,58, p < 0,001). Pour les conditions visuelles yeux fermés, il n’y avait pas de différence entre les groupes (F[1,18] = 0,9523, p = 0,33), cependant, il y avait un effet d’interaction entre Condition d’emplacement du vibrateur et Phase (pre-vibration-post) (F [4,14] = 4,59, p < 0,001). Réponses musculaires : l’activité EMG du tibial antérieur et du long fibulaire démontrait une interaction significative entre le groupe et la phase pour chacune des conditions visuelles. Discussion : Les réactions posturales variaient entre IC et non-IC, particulièrement dans les conditions yeux ouverts. L’activité EMG du groupe IC était plus prononcée pendant la vibration du tibial antérieur et long fibulaire en comparaison avec des non blessés