This study investigated change in the distribution of lumbar erector spinae muscle activity and pressure pain sensitivity across the low back in individuals with low back pain (LBP) and healthy controls. Surface electromyographic (EMG) signals were recorded from multiple locations over the lumbar erector spinae muscle with a 13×5 grid of electrodes from 19 people with chronic nonspecific LBP and 17 control subjects as they performed a repetitive lifting task. The EMG root mean square (RMS) was computed for each location of the grid to form a map of the EMG amplitude distribution. Pressure pain thresholds (PPT) were recorded before and after the lifting task over a similar area of the back. For the control subjects, the EMG RMS progressively increased more in the caudal region of the lumbar erector spinae during the repetitive task, resulting in a shift in the distribution of muscle activity. In contrast, the distribution of muscle activity remained unaltered in the LBP group despite an overall increase in EMG amplitude. PPT was lower in the LBP group after completion of the repetitive task compared to baseline (average across all locations: pre: 268.0±165.9 kPa; post: 242.0±166.7 kPa), whereas no change in PPT over time was observed for the control group (320.1±162.1 kPa; post: 322.0±179.5 kPa). The results demonstrate that LBP alters the normal adaptation of lumbar erector spinae muscle activity to exercise, which occurs in the presence of exercise-induced hyperalgesia. Reduced variability of muscle activity may have important implications for the provocation and recurrence of LBP due to repetitive tasks.

Tag der mündlichen Prüfung: 02.03.2017 III Kurzfassung Diese Studie untersuchte Druckschmerzschwellen (PPT) und mechanische Schmerzsensitivitäten (MPS) über der Lumbalregion sowie biomechanische Veränderungen und Veränderungen in der Verteilung der Muskelaktivität der lumbalen Rückenstrecker bei Patienten mit Rückenschmerzen (LBP) und gesunden Kontrollprobanden. 19 Probanden mit chronischen nichtspezifischen LBP mit geringer funktioneller Beeinträchtigung und 17 gesunde Kontrollen führten eine sich wiederholende Hebeübung durch. Dabei wurden Signale der Oberflächenelektromyographie (EMG) über der Rückenmuskulatur mit einem Gitternetz aus 64 Elektroden erfasst und die Bewegung mit einem dreidimensionalen Kamerasystem (Motion Capture-System) aufgezeichnet. Für eine graphische Darstellung der räumlichen Verteilung der EMG-Amplituden wurden die root mean square (RMS)-Werte aller bipolaren EMG-Signale in einer topographischen Karte dargestellt. Die Erhebung von PPT, MPS und dynamischer mechanischer Allodynie (DMA) erfolgte vor und nach der Bewegungsübung. Die Schmerzintensität wurde zusätzlich während der Übung erfasst. Die Patientengruppe gab einen Anstieg der Schmerzintensität von 38% während der Bewegungsübung an. Die PPT-Werte waren nach der Bewegungsübung bei den Patienten im Vergleich zu den Ausgangswerten erniedrigt. Bei der Kontrollgruppe konnten keine Unterschiede zwischen den beiden Messpunktzeiten verzeichnet werden. Die MPS-Werte der LBP-Gruppe zeigten keine Veränderungen im Vergleich zu den Ausgangswerten oder der Kontrollgruppe. Eine DMA wurde nicht beobachtet. Die EMG RMS-Karte zeigte eine kaudale Verschiebung (Shift) der muskulären Aktivität innerhalb der lumbalen Region während der Bewegungsübung für die Kontrollgruppe, wohingegen ein solcher Shift für die Patientengruppe -trotz vergleichbarem Anstieg der EMG-Amplitude -nicht verzeichnet wurde. Die Bewegungsanalyse zeigte eine reduzierte Bewegungsweite der Wirbelsäule bei vergrößertem Hüftwinkel für die LBP-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Ergebnisse zeigen, dass LBP-Patienten eine veränderte Verteilung der Muskelaktivität bei Bewegungen aufweisen, die mit veränderten biomechanischen Adaptionen und bewegungsinduzierter Hyperalgesie einhergehen. Eine reduzierte Variabilität der Muskelaktivität kann bei Patienten mit LBP einen relevanten Faktor für ein Rezidiv oder eine Chronifizierung von LBP darstellen. Allerdings wurden solche Veränderungen nur bei einem Teil der Patienten beobachtet. Künftige Studien sollten diesen Faktor im longitudinalen Verlauf und in Patienten mit größerer funktioneller Einschränkung validieren.