How should we quantify intensity load to design core stability training programs?

Abstract

Many biomechanical studies have been performed to select the most effective and safest core stability exercises (CSE). However, although most of these exercises are commonly used to enhance motor performance and to prevent and treat musculoskeletal injuries, little is known and understood about how CSE intensity should be quantified and modulated to optimize the benefits of CSE training programs. Based on this limitation, two descriptive studies were performed in this doctoral thesis with the main objectives of 1) analyzing the reliability of different posturographic methodologies to assess the intensity of CSE in research and field settings and of 2) establishing difficulty progressions for CSE in young physically active males and females. In both studies, the intensity of some of the most common isometric CSE (bird-dog, front bridge, back bridge and side bridge exercises) was quantified through the evaluation of the postural control demands imposed on the participants when they tried to maintain their spine in neutral position during the exercise execution. In the First Study, 48 males (age: 23.4 ± 3.3 years, mass: 72.4 ± 8.2 kg, height: 175.2 ± 4.8 cm) and 28 females (age: 24.5 ± 2.7 years, mass: 62.2 ± 10.7 kg, height: 163.8 ± 8.6 cm) performed five variations of each of the aforementioned CSE on two synchronized force platforms. The mean velocity and the resultant distance of the center of pressure (CoP) displacement were calculated to assess exercise intensity through the measurement of the participants’ body sway. Unlike the reliability scores of the resultant distance of CoP displacement, the standard error of measurement (SEM) and the intra-class correlation coefficient (ICC3,1) scores obtained by the mean velocity of the CoP displacement were acceptable (most exercise variations obtained SEM values < 21% and ICC3,1 values > 0.60) to establish intensity progressions for the CSE. The exercise progressions obtained by males and females were very similar. However, the participants with high trunk control showed less significant differences between exercise variations than the participants with low trunk control, which highlights the need to individualize these progressions according to the participants’ training level. In the Second Study, 12 males (age: 23.5 ± 3.6 years; mass: 73.9 ± 6.3 kg; height: 173.9 ± 4.7 cm) and 11 females (age: 24.1 ± 1.5 years; mass: 63.1 ± 8.8 kg; height: 165.0 ± 11.5 cm) performed the same exercise variations also on the two force platforms, but in this case we placed a smartphone accelerometer on the participants’ pelvis to assess pelvic acceleration. Most CSE variations obtained moderate-to-high reliability scores for the pelvic acceleration (0.71 < ICC < 0.88; 13.23% ≤ SEM ≤ 22.99%) and low-to-moderate reliability scores for the mean velocity of the CoP sway (0.24 < ICC < 0.89; 9.88% ≤ SEM ≤ 35.90%). In addition, correlations between these two variables were moderate-to-high (0.52 ≤ r ≤ 0.81). Based on these results, smartphone accelerometers placed on the pelvis provide a more reliable and local measure of postural control during CSE than the MV of CoP sway. Moreover, considering these results and the low-cost, portability and usability of the smartphone accelerometers, these devices seem adequate to quantify the intensity of the CSEs in research and field settings. Overall, this doctoral thesis provides useful information both to guide the design and to control the training intensity of CSE training programs in young physically active individuals.

En la actualidad, varios estudios biomecánicos han analizado qué ejercicios de estabilización del tronco (EET) son los más eficaces y seguros. Sin embargo, aunque la mayoría de esos ejercicios se utilizan habitualmente para mejorar el rendimiento motriz, así como la prevención y tratamiento de lesiones músculo esqueléticas, en realidad se sabe poco sobre cómo la intensidad de los EET debería ser cuantificada y manipulada para optimizar los beneficios de los programas de entrenamiento basados en estos ejercicios. En base a esta limitación, en esta tesis se llevaron a cabo dos estudios descriptivos con los objetivos principales de 1) analizar la fiabilidad de distintas metodologías posturográficas para evaluar la intensidad de los EET tanto en laboratorio como en campo y 2) establecer progresiones de dificultad para esos ejercicios en hombres y mujeres físicamente activas. En ambos estudios se cuantificó la intensidad de algunos de los EET isométricos más comunes (perro de muestra, puente frontal, puente dorsal y puente lateral) a través de la evaluación del control postural mostrado por los participantes al intentar mantener la columna vertebral en posición neutra durante la ejecución de dichos ejercicios. En el Primer Estudio, 48 hombres (edad: 23.4 ± 3.3 años, peso: 72.4 ± 8.2 kg, altura: 175.2 ± 4.8 cm) y 28 mujeres (edad: 24.5 ± 2.7 años, peso: 62.2 ± 10.7 kg, altura: 163.8 ± 8.6 cm) realizaron cinco variaciones de cada uno de los ejercicios mencionados anteriormente sobre dos plataformas de fuerzas sincronizadas. Para evaluar la intensidad de los ejercicios, se analizó la oscilación corporal de los participantes mediante el cálculo de la velocidad media y la distancia resultante de la oscilación del centro de presiones (CdP). Contrariamente a lo observado para la distancia resultante, los valores del error estándar de la medida (EEM) y del coeficiente de correlación intra-clase (CCI3,1) mostrados por la velocidad media fueron adecuados (la mayoría de las variaciones de los ejercicios obtuvieron valores de EEM < 21% y de CCI3,1 > 0.60) para establecer progresiones de intensidad para los EET. Las progresiones obtenidas por hombres y mujeres fueron muy similares. Sin embargo, aquellos participantes con mayor control de tronco mostraron menos diferencias significativas entre las variaciones de los ejercicios que los participantes con menos control de tronco, lo cual destaca la necesidad de individualizar estas progresiones de acuerdo al nivel de entrenamiento de los participantes. En el Segundo Estudio, 12 hombres (edad: 23.5 ± 3.6 años; peso: 73.9 ± 6.3 kg; altura: 173.9 ± 4.7 cm) y 11 mujeres (edad: 24.1 ± 1.5 años; peso: 63.1 ± 8.8 kg; altura: 165.0 ± 11.5 cm) realizaron los mismos ejercicios descritos en el primer estudio sobre dos plataformas de fuerzas, pero en este caso se colocó en un smartphone en la pelvis de los participantes para evaluar la aceleración pélvica a través del acelerómetro que lleva integrado dicho dispositivo. La fiabilidad de la mayoría de las variaciones de los EET fue moderada-alta para la aceleración pélvica (0.71 < CCI < 0.88; 13.23% ≤ EEM ≤ 22.99%) y baja-moderada para la velocidad media del CdP (0.24 < CCI < 0.89; 9.88% ≤ EEM ≤ 35.90%). Además, las correlaciones entre estas dos variables fueron moderadas-altas (0.52 ≤ r ≤ 0.81). En base a estos resultados, los acelerómetros integrados en los smartphones colocados en la pelvis aportan una medida más fiable y local del control postural durante los EET que la oscilación del CdP medida a través de la velocidad media. Asimismo, teniendo en cuenta estos resultados, así como el bajo coste, portabilidad y facilidad de uso de los acelerómetros integrados en los smartphones, estos dispositivos podrían ser una herramienta adecuada para cuantificar la intensidad de los EET tanto en el ámbito de la investigación como en el campo profesional. En general, esta tesis ofrece información útil para guiar en el diseño y control de la intensidad de los programas de entrenamiento de EET en hombres y mujeres jóvenes físicamente activos.