Exoskelet vermindert rompspier activiteit en ongemak in de rug

Werkgerelateerde lage rugpijn zijn veel voorkomend en daardoor een geliefd onderwerp van onderzoeken naar mogelijkheden om dit te voorkomen of te behandelen. Er worden steeds meer nieuwe technologieën ontwikkeld in het kader van preventie. Het exoskelet is er daar een van. Een exoskelet is een draagbaar systeem die ondersteuning biedt door de fysieke kracht te genereren die nodig is om taken uit te voeren. Exoskeletten kunnen bruikbaar zijn wanneer andere preventieve maatregelen niet werken of waar de handelingen niet geautomatiseerd kunnen worden omdat de taak constant verandert (bijvoorbeeld in patiëntenzorg). Exoskeletten zijn recent met name in het nieuws door het gebruik bij dwarslaesiepatiënten. Exoskeletten kunnen worden onderverdeeld in actieve en passieve skeletten. Een actief skelet bevat één of meer elektrische motortjes (of iets vergelijkbaars) die actief het lichaam in beweging zetten. Een passief exoskelet gebruikt geen externe krachtenbron, maar gebruikt materialen die het mogelijk maken energie van bewegingen op te slaan en vrij te laten komen wanneer dat nodig is. In deze studie bekijken de onderzoekers het effect van een passief exoskelet op de activiteit van de rugspieren tijdens een gesimuleerde taak in voorovergebogen houding

Methode

Achttien gezonde vrijwilligers werden geïncludeerd in het onderzoek (9 mannen en 9 vrouwen met een gemiddelde leeftijd van 25 jaar). De onderzoekers gebruikten een passief exoskelet met twee pads op de borst, één op de rug en twee op de bovenbenen. Aan beide zijden van het lichaam waren de pads met elkaar verbonden door middel van een band met verende eigenschappen. Het exoskelet is zo ontworpen dat krachten van de lage rug worden overgebracht naar de borst en de benen. Zie onderstaand filmpje van de in dit onderzoek gebruikte exoskelet.

De deelnemers voerden twee verschillende taken uit, met en zonder het exoskelet. De eerste taak was een repetitieve taak, waarbij de mensen verschillende dingen moesten oppakken, verplaatsen en weer neerzetten. Dit bootste industrieel werk na. Het werkblad waarop dit gebeurde was afgesteld op 15 centimeter onder de trochanter major. Tussen de taken door moesten de deelnemers weer even rechtop staan gedurende 30 seconden. In totaal werden er zo drie cyclussen afgewerkt. De tweede taak was een statische opdracht. De participanten moesten in een voorwaarts gebogen houding staan, met de armen hangend naar beneden. Iedere 30 seconden gaf een deelnemer een score voor het comfort. Wanneer een score van 2 op een schaal van 10 werd gegeven, werd de meting afgebroken en werd de tijd voor het uithoudingsvermogen geregistreerd.

Metingen die werden gedaan waren EMG-activiteit van de linker en rechter m. trapezius pars ascendens, m. erector spinae iliocostalis, m. erector spinae longissimus,  m. obliquus externus abdominis, m. rectus abdominis en de m. biceps femoris.
De houding van de romp werd geregistreerd door een motion capture systeem, wat bestaat uit een pak met sensoren.|
Comfort (of discomfort) werd gemeten door middel van de Local Perceived Discomfort Scale (LPD; van der Grinten, 1991). Hierop zijn 8 regio’s aan de achterkant van het lichaam te zien en 7 regio’s aan de voorkant van het lichaam. Voor iedere regio gaf de deelnemer een score tussen 0 tot 10. De verandering in deze score na 10 minuten werd gebruikt als de maat voor discomfort.

Resultaten

Tijdens de dynamische taak was de EMG-amplitude significant lager voor de lage rugspieren wanneer het exoskelet werd gedragen. Gemiddeld was er een reductie van 38% in de spieractiviteit voor de m. erector spinae iliocostales en 35% reductie voor de m. erector spinae longissimus bij het dragen van het exoskelet ten opzichte van zonder. Bij de m. trapezius ascendens was een reductie van 44% te zien en 20% voor de m. biceps femoris. Voor de abdominale spieren werden er geen significante verschillen gevonden tussen de twee condities.
Tijdens de statische taak was hetzelfde beeld te zien. Tijdens het dragen van het exoskelet was er een significante afname van gemiddeld 44% in de spieractiviteit voor de m. erector spinae iliocostales te zien, 37% reductie voor de m. erector spinae longissimus, 50% voor de m. trapezius ascendens en 24% voor de m. biceps femoris. Ook hier waren er geen significante verschillen in de spieractiviteit van de m. obliquus externus te zien met of zonder exoskelet, maar wel een minimale, maar significante afname voor de m. rectus abdominus.
Tijdens het dragen van het exoskelet waren de scores wat betreft discomfort (LPD) in de rug-regio significant lager dan wanneer het exoskelet niet werd gedragen. Bij de borstpads waren de scores daarentegen weer significant hoger. Op de benen maakte het geen verschil.
Bij de dynamische taak was de hoek van rompflexie 5,2 graden hoger tijdens het dragen van het exoskelet, vergeleken bij het uitvoeren van de taak zonder. Dit verschil was significant. Tijdens de statische taak was dit 4,6 graden, maar dit was niet significant.
Het uithoudingsvermogen bij de statische taak was met het dragen van het exoskelet 3x langer dan zonder het dragen van het exoskelet (gemiddeld 9,7 minuten ten opzichte van 3,2 min).

Opmerkingen samenvatter

Het dragen van een exoskelet tijdens dynamische en statische taken in een voorovergebogen houding, leidt tot een vermindering van de spieractiviteit van verschillende betrokken spieren en tot langer uithoudingsvermogen tijdens een statische taak. Daarnaast rapporteerde de mensen minder klachten in de rug. Het enige gerapporteerd nadeel van het dragen van het exoskelet was de druk van de borstpads. Ander mogelijk nadeel: door de druk op de bovenbenen die aan de voorkant werd gegeven, bleken de mensen meer met geëxtendeerde knieën te staan. Wat het gevolg van deze (over)extensie van zou zijn op langere termijn is onbekend. Het staan in voorovergebogen houding zorgde voor een minder grote spierinspanning wanneer een exoskelet werd gedragen. Aangezien de activiteit van de rugspieren sterk gerelateerd is aan spinale compressiekrachten, concluderen de auteurs dat het exoskelet de potentie heeft om de musculoskeletale belasting van de lage rug sterk te verminderen bij mensen die veel in voorovergebogen houding werken.