Einfluss des Schulrucksackgewichtes bei Grundschulkindern: Gang, Muskelaktivität, Haltung und Stabilität

In den vergangenen Jahren nahmen Rückenschmerzen und Fehlhaltungen bei Kindern und Jugendlichen zu [4]. Als Ursachen werden u. a. eine geringe körperliche Aktivität und das tägliche Tragen eines Schulrucksacks angenommen [15]. Die generelle Empfehlung für das Maximalgewicht eines Schulrucksacks liegt bei 10–15 % des Körpergewichts [17], was bei Messungen in der Mehrheit der Studien deutlich überschritten wurde. Cavallo et al. stellten fest, dass mehr als ein Viertel der Schülerinnen einer vierten Klasse einen Rucksack mit mehr als 15 % des Körpergewichts trugen [5], während andere Studien sogar von einer durchschnittlichen Rucksackbelastung von über 20 % des eigenen Körpergewichts ausgingen [17, 29].

Neben Rückenschmerzen können auch eine gestörte Schulterhaltung, Fehlkontrolle des Gleichgewichts sowie Wirbelsäulendeformitäten mit der Belastung durch den Schulrucksack bei Jugendlichen einhergehen, was sich wiederum auf das Gangbild auswirken könnte [9, 16, 24, 25].

Obwohl das Thema des Tragens eines Schulrucksacks seit langem von wissenschaftlichem Interesse ist und die Traglast biomechanische Anpassungen in Rücken und Körperhaltung bewirkt [17], konnte eine Kausalität für das Auftreten von Rückenschmerzen bisher nicht eindeutig belegt werden [32, 34].

Ziel der vorliegenden prospektiven Studie war es, den Einfluss einer Rucksacklast auf das Gangbild, die Muskelaktivität und die Standstabilität bei gesunden Grundschulkindern zu untersuchen.

Nach Genehmigung durch die institutionelle Ethikkommission nahmen zwölf Kinder zwischen 7,0 und 10,1 Jahren ohne neurologische oder orthopädische Probleme an der Studie teil. Das Kollektiv wird in Tab. 1 dargestellt.

Die Messungen umfassten eine klinische Untersuchung, eine dreidimensionale (3D) Ganganalyse mit oberflächenelektromyografischen (EMG) Aufzeichnungen und die Prüfung des ruhigen Stehens auf einer Kraftmessplatte.

An der vorliegenden Studie nahmen zwölf gesunde Kinder (sieben Mädchen, fünf Jungen) im Durchschnittsalter von 8,4 Jahren (7,0–10,1 Jahren) ohne neurologische oder orthopädische Auffälligkeiten teil (Tab. 1). Die durchschnittliche Körperlänge betrug 132 cm (SD 8 cm) und das Durchschnittsgewicht 27,6 kg (SD 6,2 kg). Vor der Teilnahme gaben alle Kinder und ihre Eltern ihre schriftliche Einverständniserklärung gemäß der Helsinki-Erklärung ab, die von der institutionellen Ethikkommission genehmigt wurde.

Bis vor einigen Jahrzehnten waren Rückenschmerzen im Kindes- und Jugendalter eine Seltenheit. In der ersten Folgebefragung (KIGGS Welle 1) berichteten Krause et al. jedoch von einer Prävalenz wiederholter Rückenschmerzen in den letzten 3 Monaten von 17,7 % bei 11- bis 17-Jährigen, von 3,8 % in der Altersgruppe 7–10 Jahre und von 1 % in der Altersgruppe 3–6 Jahre [22]. Somit spielt mit steigendem Alter eine Rückenschmerzproblematik eine zunehmende Rolle bis hin zu 80–90 % in der erwachsenen Bevölkerung, was einen gravierenden sozioökonomischen Faktor ausmacht.

Es wird angenommen, dass der Grundstein für die Rückengesundheit in der Kindheit gelegt wird. Die gesellschaftliche Sorge um den gegenwärtigen und zukünftigen gesunden Rücken von Kindern ist weit verbreitet [25]. Einen möglichen Einflussfaktor stellt das tägliche Tragen eines Schulrucksacks und die damit wiederholte (unphysiologische) Belastung der Wirbelsäule dar. Die Korrelation von Rucksacklast und Rückenschmerzen oder falscher Körperhaltung wird diskutiert, jedoch fehlen in den meisten Ländern spezifische Vorschriften zum Gewicht und zur Tragezeit des Schulrucksackes [15, 17].

In unserer Studie über den Effekt des Rucksackgewichts auf die Muskelaktivität und Gelenkrotation beim Gehen sowie die Standstabilität von Grundschulkindern, lag die Traglast bei durchschnittlich 15,0 (SD 2,7) % des Körpergewichts. Dieser Wert ist vergleichbar mit [3, 11] bzw. niedriger [29] als in vorherigen Studien zur Belastung durch den Schulrucksack angegeben.

Die Rucksacklast führte in unserer Studie durch eine verkürzte Schrittlänge zu einer reduzierten Ganggeschwindigkeit. Eine mögliche Erklärung für das verlangsamte Gehen ist die Auswirkung des Rucksackgewicht auf die Gangstabilität [28, 31]. Konsequenterweise konnten wir auch auf der Kraftmessplatte eine erhöhte Standinstabilität beobachten, sobald der 4 kg schwere Rucksack getragen wurde. Auch die Verlängerung der Doppelunterstützungsphase, bei der beide Füße gleichzeitig am Boden verbleiben, ist ein Indiz für die Zunahme der Instabilität. Eine reduzierte Ganggeschwindigkeit mit verkürzter Schrittlänge und verlängerter Doppelunterstützungsphase konnten auch in anderen Studien sowohl bei Kindern als auch Erwachsenen gezeigt werden [1, 6, 27, 33].

Kinematisch wiesen die Kinder in unserer Studie durch die 4‑kg-Traglast eine erhöhte Beckenvorwärtskippung auf, welche eine stärkere Hüftflexion bei gleichbleibendem absolutem Bewegungsumfang in der Hüfte zur Folge hatte. Das Gewicht des Rucksacks verlagerte den Körperschwerpunkt nach hinten und bewirkte eine Anpassung des Oberkörpers und des Beckens nach vorne, um das Gleichgewicht zu halten [8]. Auch andere Studien beobachteten bei Schulkindern mit einer Rucksacklast zwischen 8,5 und 20 % des Körpergewichts eine Vorneigung des Oberkörpers mit einer erhöhten vorderen Beckenkippung und ausgeprägter Hüftflexion [16, 21, 24]. Auch bei älteren Jugendlichen und Erwachsenen konnte eine traglastbedingte Rumpfvorneigung beobachtet werden [6, 12, 30]. Dabei intensivierte sich die Rumpfvorneigung mit der Rucksacklast [16, 24]. Häufig wird die Rucksacklast durch eine Hohlkreuzhaltung kompensiert [20]. Die Beckenkippung nach vorne induziert eine Hyperlordose der Lendenwirbelsäulen, die bei anhaltendem Zustand Lumbalschmerzen auslösen kann. Als alternativer Kompensationsmechanismus gilt der Rundrücken, wobei das Becken aufgerichtet und die Lendenlordose aufgehoben wird und bei vorgeschobenem Kopf ein nach vorne gewölbter thorakaler Rundrücken entsteht. Für beide Mechanismen, die Hohlkreuzhaltung als auch der thorakale Rundrücken, sollte eine Stärkung der Rückenmuskulatur als Präventionsmaßnahme gegen Rückenschmerzen diskutiert werden [19]. Auch das Design des Schulrucksacks in Bezug auf Ergonomie und Passgenauigkeit an der Rückenpartie sowie die Tragegewohnheiten, insbesondere die symmetrische Verteilung der Last auf beide Schultern, spielen eine Rolle [2, 26].

Die Rucksacklast führte auch zu einigen Änderungen in der Muskelaktivität. Die Paraspinalmuskulatur zeigte eine ersten Aktivitätsspitze beim initialen Bodenkontakt und eine zweite Spitze beim initialen Bodenkontakt des kontralateralen Fußes. Dies korrespondiert mit den beiden Doppelunterstützungsphasen am Anfang und gegen Ende der Standphase. Die Aktivität der ipsi- und kontralateralen Paraspinalmuskeln wurde durch die erhöhte Traglast beim Aufsetzen des kontralateralen Fußes in der zweiten Doppelunterstützungsphase vermindert. In dieser Gangzyklusphase wird das Körpergewicht auf das Gegenbein verlagert, wobei sowohl das Becken als auch der Oberkörper sich leicht nach hinten neigen. Möglicherweise wird die Gewichtsverlagerung auf das Gegenbein und die Becken-Rumpf-Kontrolle unter anderem durch die Paraspinalmuskeln kontrolliert. Weil der Körperschwerpunkt durch die Last auf dem Rücken nach hinten verschoben wird [7], nimmt die Aktivität der Rückenmuskulatur ab und die Aktivität der Bauchmuskeln zu, um den Körperschwerpunkt entgegen der Last halten zu können. Die Paraspinalmuskulatur muss dabei die Wirbelsäule weniger stabilisieren [23], was darauf hindeutet, dass der schwere Rucksack eher passiv und nicht aktiv durch Muskelarbeit getragen wird. Devroey et al. zeigten gleiche Resultate mit einer verminderten Aktivität der Rückenmuskulatur und einer Zunahme der Aktivität der Bauchmuskulatur, was auf eine verminderte Ko-Kontraktion zwischen Bauch- und Rückenmuskulatur hindeutet, mit eventuell negativen Langzeitfolgen [8]. In unserer Studie ließ sich diese verminderte Paraspinalmuskelaktivität nur bei der Gewichtsverlagerung auf den kontralateralen Fuß in der zweiten Doppelunterstützungsphase, nicht aber bei der Gewichtsverlagerung vom kontralateralen Fuß auf den ipsilateralen Fuß zu Beginn des Gangzyklus aufweisen. Harman et al. zeigten mit zunehmender Ganggeschwindigkeit eine erhöhte Paraspinalmuskelaktivität beim Tragen eines Rucksacks [13]. Da unsere Ergebnisse eine reduzierte Ganggeschwindigkeit durch das Tragen der Rucksacklast demonstrierten, kann auch die Ganggeschwindigkeit die reduzierte Muskelaktivität beeinflusst haben.

Da in der vorliegenden Arbeit eindeutig Veränderungen auf das muskuloskelettale System festgestellt werden konnten, ist eine Reduktion des Schulrucksackgewichtes z. B. durch einen doppelten Schulbüchersatz, Online-Bücher oder Schulspinde, sowie eine tägliche Reduktion unnötigen Materials aus dem Schulrucksack wünschenswert. Zu diskutieren sind weiterhin alternative Schulrucksacktransportmittel, wie beispielsweise der Fahrradkorb.