miun.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Sitting position affects performance in cross-country sit-skiing
Mid Sweden University, Faculty of Human Sciences, Department of Health Sciences. (Swedish Winter Sports Research Centre)ORCID iD: 0000-0001-5317-2779
Mid Sweden University, Faculty of Human Sciences, Department of Health Sciences. (Swedish Winter Sports Research Centre)ORCID iD: 0000-0002-5574-8679
2017 (English)In: European Journal of Applied Physiology, ISSN 1439-6319, E-ISSN 1439-6327, Vol. 117, no 6, p. 1095-1106Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Purpose: In cross-country sit-skiing (XCSS), athletes with reduced trunk control predominantly sit with the knees higher than the hips (KH); a position often associated with large spinal flexion. Therefore, to improve spinal curvature a new sledge with frontal trunk support, where knees are lower than hips (KL) was created. It was hypothesized that the KL position would improve respiratory function and enhance performance in seated double-poling compared to KH.

Methods: Ten female able-bodied cross-country skiers (age 25.5 ± 3.8 years, height 1.65 ± 0.05 m, mass 61.1 ± 6.8 kg) completed a 30 s all-out test (WIN), a submaximal incremental test including 3–7 3 min loads (SUB) and a maximal 3 min time trial (MAX) in both KL and KH positions. During SUB and MAX external power, pole forces, surface electromyography, and kinematics were measured. Metabolic rates were calculated from oxygen consumption and blood lactate concentrations.

Results: KL reduced spinal flexion and range of motion at the hip joint and indicated more muscle activation in the triceps. Performance (W kg−1) was impeded in both WIN (KH 1.40 ± 0.30 vs. KL 1.13 ± 0.33, p < 0.01) and MAX (KH 0.88 ± 0.19 vs. KL 0.67 ± 0.14, p < 0.01). KH resulted in higher gross efficiency (GE) and lower lactate concentration, anaerobic metabolic rate, and minute ventilation for equal power output.

Conclusions: The new KL position can be recommended due to improved respiratory function but may impede performance. Generalization of results to XCSS athletes with reduced trunk muscle control may be limited, but these results can serve as a control for future studies of para-athletes.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. Vol. 117, no 6, p. 1095-1106
Keywords [en]
Biomechanics, Metabolic rate, Respiratory function, Oxygen uptake
National Category
Sport and Fitness Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:miun:diva-30592DOI: 10.1007/s00421-017-3596-yISI: 000401025200004Scopus ID: 2-s2.0-85017125246OAI: oai:DiVA.org:miun-30592DiVA, id: diva2:1088374
Note

Forskningsfinansiärer

Stiftelsen Promobilia 

Rolf & Gunilla Enströms stiftelse

Erratum 

European Journal of Applied PhysiologyVolume 117, Issue 10, 1 October 2017, Pages 2123-2124  DOI: 10.1007/s00421-017-3694-x

Available from: 2017-04-12 Created: 2017-04-12 Last updated: 2018-02-08Bibliographically approved
In thesis
1. Double Poling Incross-Country Skiing: Biomechanical and Physiological Analysis of Sitting and Standing Positions
Open this publication in new window or tab >>Double Poling Incross-Country Skiing: Biomechanical and Physiological Analysis of Sitting and Standing Positions
2018 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Double poling (DP) is a sub-technique in cross-country skiing that has increased in interest over the last decades, e.g. athletes in cross-country skiing have increased their utilisation of double poling during competitions. In cross-country sit-skiing athletes with impairments in legs and/or trunk sit in a sledge and utilise DP to propel themselves. Technique (i.e. movement pattern) is one key factor determining performance but also a factor that may affect the risk of overuse injuries in sports.

Therefore, the overall aim of the thesis was to improve the understanding of the human movement technique in cross-country skiing DP, in both standing (paper I-II) and sitting positions (paper III-IV, Thesis A-B) using biomechanical and physiological measurements and inverse dynamics simulations. All studies were carried out on a double poling ergometer in laboratory. Three experimental studies were performed with able-bodied participants (papers I-II, IV-VI), one study with one participant with growth defect in the legs (paper III), and one study (Thesis B) with one participant with complete spinal cord injury at thoracic vertebra 4.

In paper I the first full-body simulation of DP was performed and results were comparable to results found in literature when the kinematics and external kinetics were similar. Paper II showed how increased leg utilisation increased performance (forward impulse) but reduced skiing efficiency (output work divided by metabolic muscle work). These results indicate that both high performance (power output) and efficiency may not be achieved in the same technique.

In sitting DP many different sitting positions are utilised. Athletes with full muscle control in hip and trunk mainly sit with their knees lower than their hips (KLnoS). Athletes with paralysis in lower trunk and legs need trunk stability from the sit-ski. Most often, this is achieved by adopting a knees higher than hips (KH) position together with a support for the lower back. However, this position might induce large flexion in the spine, which is hypothesised to affect injury risk in the shoulders and lower back. This thesis has enabled the knees low sitting position for athletes with paralysis in the lower trunk and legs by supporting the anterior trunk with the sledge (KL).

 

In sitting DP in athletes with full hip and trunk muscle control, high performance was achieved through proximal-distal sequencing from the hips through the trunk to the arms, and large muscle work in spine and legs (IV, V, Thesis A). In order of performance, KLnoS utilised muscles in the hips-spine-arms, compared with utilisation of spine-arms in KH, and mainly arms in KL. Higher amount of activated muscle mass resulted in lower relative anaerobic metabolism during submaximal exercise (IV).

The lower back joint reactions were higher for the sitting position with larger spinal flexion, KH compared to KL (VI). These results suggest that there is an increased risk of injury in the lower back for the sitting position KH. Athletes with paraplegia generally have a high risk of injuries in the shoulders. The results of this thesis showed higher shoulder joint reactions in the sitting position with larger shoulder-arm muscle work, in KL compared to KH.

For the case study with one participant with thoracic spinal cord injury (Thesis B) highest performance was achieved in the KH sitting position where spinal flexion occurred at the beginning of the poling phase. When comparing the fixed trunk positions KL and KHS, higher performance was achieved in KHS. It was speculated that the difference between KL and KHS was due to the impairment of the vasoconstriction in paralysed muscles. The effect of gravity on venous pooling is probably larger when the legs are lower down as in KL. This effect was not present for individuals without paralysis (III), where KL was more economical than KHS.

Parasport classification needs evidence of how impairment affects sporting performance (Tweedy et al., 2014, Tweedy and Vanlandewijck, 2011). Classification might benefit from simulations as performed in this thesis. The musculoskeletal simulations of seated DP in paper V and the KLnoS position presented in the thesis have showed the relative contribution of different muscle groups on performance. These results are novel and might contribute to improvement of the classification system.

Abstract [sv]

Stakning är en delteknik inom längdskidåkning som har ökat i intresse de senaste årtiondena, bland annat har eliten ökat andelen stakning markant. Längdskidåkning i sit-ski utövas av individer med funktionsnedsättning i benen och/eller bålen. I denna sport används stakning uteslutande för att ta sig framåt. Tekniken, eller rörelsemönstret, är en faktor för prestation inom dessa sporter. Tekniken kan också påverka risken för överbelastningsskador.

Denna avhandling har studerat stakning med det övergripande målet att utöka förståelsen för tekniken i både stående (artikel I-II) och sittande positioner (artikel III-VI samt resultat i avhandlingen A-B). Tekniken har studerats med hjälp av biomekaniska och fysiologiska mätningar i laboratorium samt muskuloskelettära simuleringar. Tre experimentella studier har genomförts med försökspersoner utan funktionsnedsättningar. Två studier har genomförts med försökspersoner med funktionsnedsättningar,  en studie med en försöksperson med tillväxtstörning (förkortade ben) och en studie med en försöksperson med en fullständig ryggmärgsskada vid bröstkota 4.

Artikel I-II visade att stående stakningsteknik med böjda knän ökar prestationen under ett 30 s maximalt test. Med mer böjda ben ökas det metabola muskulära arbetet (beräknat genom simuleringar) och verkningsgraden av det muskuloskelettära systemet minskar jämfört med stakning med raka ben. Denna studie visar exempel på att samma teknik inte uppnådde både högst prestation och effektivitet.

En person med förlamning i nedre delen av bålen och benen behöver stabilitet för bålen av sin sit-ski. Detta uppnås vanligtvis genom att placera knän högre än höfterna (KH). Dock kan denna position skapa en stor flexion i ryggraden, vilket är en risk för skador i ländrygg och axlar. För personer med full muskelfunktion i höft och bål är den vanligaste sittposition knäsittande (KLnoS). Denna avhandling har möjliggjort knäsittande sittposition för personer med förlamning i nedre delen av bålen och benen genom ett stöd framifrån för bröstkorgen i sit-skin (KL).

För sittande positioner för personer utan nedsatt muskelfunktion i höft och bål påvisas att högst prestation uppnås när störst andel muskelmassa arbetar och rörelseomfånget i höft och ryggrad är störst, knän lägre än höft och utan stöd för bålen från sit-skin (KLnoS) (A). När arbetande muskelmassa minskar, minskar också prestationen. Prestationen var lägre i sittposition med knän högre än höfterna (KH) och än lägre i sittposition knän lägre än höft och med ett stöd för bröstkorgen från sit-skin (KL) (IV,V). Med lägre andel aktiv muskelmassa så ökade det relativa anaeroba metabola arbetet, medan det absoluta aeroba metabola arbetet och gross-efficiency (GE) var liknande. Sitt-positionen KH visade på högre flexion av ryggraden, högre metabolt muskelarbete i bålen och högre ledreaktionskrafter i ländryggen, medan sittpositionen KL visade på högre metabolt muskelarbete i axlar och armar och högre ledreaktionskrafter i axlarna (VI). Högre reaktionskraft i ländryggen kan vara kopplat till högre risk för överbelastningskada.

För en försöksperson med förlamning från revbenen och nedåt, var också prestationen högre när bröstkorgens position ej var fix, högre i KH jämfört med KL och knän högre än höft och ett bröststöd (KHS) (B). Resultaten visar också att det inte bara är biomekaniken som påverkar prestationen. I sittpositionerna där bröstkorgens position var fix, KHS och KL, böjdes ryggen bakåt vid stakfasen start och prestationen var högre i KHS. Avhandlingen diskuterar att prestationen påverkas av att låg position av benen medför ökad effekt av gravitationen på blodflödet. Denna effekt blir stor eftersom förlamad muskulatur också har nedsatt funktion av venernas pumpförmåga att återföra blodet till hjärtat. För en person utan förlamningen i benen visade sig det omvända, sittpositionen KL vara mer ekonomisk än sittposition KHS (III).

Sammanfattningsvis, denna avhandling har visat på att flera faktorer för att välja teknik inom stående stakning och sittposition inom sittande längdskidåkning i sit-ski. Samma teknik är inte optimal för alla individer. För stående indikeras att både ökad prestation och verkningsgrad inte uppnås när benen arbetar mer. För sittande är det viktigt att använda sig av höften och bålens muskelarbete och inte sitta fast varken för mycket eller för lite i sit-skin. Avhandlingen visar exempel på att en person med förlamning i nedre bål och ben, har fördel av bålrörelse trots sin förlamning och att benens position påverkar prestationen.

Klassificering inom parasport ska bedöma hur funktionsnedsättningen påverkar idrottsprestationen. Simuleringsmetoderna som använts i denna avhandling kan vara av intresse för utveckling av klassificeringssystem eftersom de har visat hur olika muskelgrupper påverkar prestationen.

Place, publisher, year, edition, pages
Sundsvall: Mid Sweden University, 2018. p. 95
Series
Mid Sweden University doctoral thesis, ISSN 1652-893X ; 275
Keywords
blood lactate concentration, cross-country sit-skiing, impairment, internal kinetics, inverse dynamics simulations, joint reaction forces, kinematics, metabolic rate, musculoskeletal modelling, musculoskeletal efficiency, nordic skiing, oxygen uptake, para-skiing, respiration, skiing efficiency.
National Category
Sport and Fitness Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:miun:diva-32733 (URN)978-91-88527-38-7 (ISBN)
Public defence
2018-03-02, Q221, Kunskapens väg 8, Östersund, 11:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

Vid tidpunkten för disputationen var följande delarbeten opublicerade: delarbete 5 inskickat, delarbete 6 inskickat.

At the time of the doctoral defence the following papers were unpublished: paper 5 submitted, paper 6 submitted.

Available from: 2018-02-08 Created: 2018-02-08 Last updated: 2018-03-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1005 kB)28 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1005 kBChecksum SHA-512
a209840daeb706820a0c9fad2503135856195dc99be7e4c93637b346b4b115c23bf3ee23aebc20aae236e6555fbab8e8a611bcb6650b115742e5d58265fd66ca
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records BETA

Lund Ohlsson, MarieLaaksonen, Marko

Search in DiVA

By author/editor
Lund Ohlsson, MarieLaaksonen, Marko
By organisation
Department of Health Sciences
In the same journal
European Journal of Applied Physiology
Sport and Fitness Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 28 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 141 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf