Kinematic analysis of the influence of quadriceps fatigue on fall risk during descending step motion

Abstract

Background

Falls during stair descent pose a significant risk in daily life, as quadriceps fatigue can alter the mechanics of descent motion. This study aimed to clarify the impact of quadriceps fatigue on fall risk during stair descent.

Methods

Twelve healthy young adult males (mean age: 23.5 ± 2.1 years) participated in this study. Measurements were taken at three points: before quadriceps fatigue, immediately after, and 48 h later. Fatigue was assessed using isometric knee extension strength and muscle soreness, whereas lower limb joint angles, ground reaction forces, and foot placement were measured during descent trials.

Results

Fatigue significantly decreased isometric knee extension strength and increased muscle soreness from Pre to Post. At Post, knee flexion angles were significantly greater, and foot placement shifted backward compared to Pre.

Conclusions

The results suggest that quadriceps fatigue may lead to a more posterior foot grounding position during descent. These findings are expected to deepen the understanding of fall risk factors during stair descent.

Level of evidence

Level 5 based on the Oxford Centre for Evidence-Based Medicine criteria.

Hintergrund

Stürze beim Treppensteigen abwärts stellen ein signifikantes Risiko im Alltag dar, da eine Ermüdung des Quadrizeps die Mechanik der Abwärtsbewegung verändern kann. Ziel dieser Studie ist die Veranschaulichung des Einflusses von Quadrizeps-Ermüdung auf das Sturzrisiko beim Treppensteigen abwärts.

Methoden

An der Studie nahmen zwölf junge erwachsene Männer (Durchschnittsalter: 23,5 ± 2,1 Jahre) teil. Die Messungen wurden zu drei Zeitpunkten durchgeführt: vor der Quadrizeps-Ermüdung, direkt danach sowie nach 48 Stunden. Der Ermüdungsgrad wurde mithilfe der isometrischen Kraftmessung beim Strecken des Knies sowie der Messung der Muskelschmerzen bewertet. Die Winkelstellung der Gelenke der unteren Extremitäten, die Bodenreaktionskräfte und die Fußpositionierung wurden im Zuge von Treppensteige-Übungen abwärts gemessen.

Ergebnisse

Aufgrund der Ermüdung zeigten sich zwischen dem ersten und dem zweiten Messpunkt eine signifikante Reduzierung der isometrischen Kniestreckkraft sowie eine signifikante Steigerung der Muskelschmerzen. 48 Stunden nach Eintritt der Ermüdung waren die Kniebeugewinkel signifikant größer und die Fußposition hatte sich im Vergleich zum ersten Messpunkt nach hinten verschoben.

Fazit

Die Ergebnisse lassen annehmen, dass eine Ermüdung des Quadrizeps zu einer nach hinten verschobenen Fußposition auf dem Boden während des Treppensteigens abwärts führt. Es ist zu erwarten, dass diese Erkenntnisse zu einem vertieften Verständnis von Sturzrisikofaktoren beim Treppensteigen abwärts beitragen.

Evidenzniveau

Grad 5 basierend auf den Kriterien des Oxford Centre for Evidence-Based Medicine criteria.