As part of the Berlin Bed Rest Study (BBR) and 2nd Berlin Bed Rest Study (BBR2-2), this work investigated the pattern of muscle atrophy of the postero- lateral hip and lower limb musculature during prolonged bed-rest and the effectiveness of two different exercise countermeasures- resistive exercise alone and resistive exercise with whole body vibration, in preventing muscle atrophy. For the BBR, 20 healthy male subjects underwent 56 days of horizontal bed-rest and were assigned to either an inactive control group (CTR) or resistive vibration exercise group (VRE). For BBR2-2, 24 healthy male subjects underwent 60 days of 6 degrees head-down-tilt (HDT) bed-rest and were assigned to a control group (CTR), resistive vibration exercise group (RVE) or resistive exercise alone group (RE). Magentic resonance imaging (MRI) of the hip and thigh were taken prior to, during and at the end of bed-rest. Volume of the postero-lateral hip and lower limb musculature were calculated and the rate of muscle atrophy and the effect of countermeasure exercises examined. During bed-rest, the CTR group demonstrated differential rates of muscle volume loss (p<0.0001). The fastest rates of atrophy were seen in the triceps surae (medial gastrocnemius, lateral gastrocnemius, soleus), mono-articular knee extensors (vastii), mono-articular hip extensors and quadratus femoris, an external rotator of the hip and the hamstring muscles. The other postero- medial and postero-lateral muscles of the foot/ankle in addition to the adductor magnus were also strongly affected during bed-rest. The antero-medial hip muscles and anterior tibial muscles were comparatively less affected by bed-rest. Different rates of atrophy were also seen amongst some muscle synergists. For example, the heads of triceps surae and heads of the hamstring muscle group demonstrated different rates of atrophy, the vastii demonstrated a faster rate of atrophy than rectus femoris and upper gluteus maximus atrophied faster than lower gluteus maximus and gluteus medius. Countermeasure exercise reduced/prevented muscle atrophy in the triceps surae, vastii and gluteal muscles but was less effective for the hamstring muscles, postero- medial and postero-lateral muscles of the foot/ankle and the adductor muscles. The addition of whole body vibration to resistive exercise did not have an additional effect for the variables examined in this work. In conclusion, a short-duration resistive exercise program with or without whole-body vibration can be effective in reducing the impact of prolonged bed-rest on postero- lateral hip and lower extremity muscle volume loss during bed-rest.
Als Teil der Berlin Bed Rest Study (BBR) und 2. Berlin Bed Rest Study (BBR2-2), wurden die Charakteristika der Muskel Atrophie der postero-lateralen Hüft -und Beinmuskulatur untersucht. Außerdem, wurde die Wirksamkeit von zwei verschiedenen Gegenmaßnahmen - Widerstandstraining alleine und Widerstandstraining mit Ganzkörpervibration, bei der Verhinderung von Muskelschwund bei längerer Bettruhe, untersucht. Für die BBR-Studie, wurden 20 gesunde männliche Probanden 56 Tage in horizontaler Bettruhe entweder einer inaktiven Kontrollgruppe (CTR) oder einer Widerstands- vibrationstrainingsgruppe (VRE) zugeordnet. Für BBR2-2, wurden 24 gesunde männliche Probanden 60 Tage, in 6 Grad Kopftieflage (Head-down-tilt = HDT) einer Kontrollgruppe (CTR-Gruppe), einer Widerstandstrainingsgruppe (RE) oder einer Widerstand-Vibrationstrainingsgruppe (RVE) zugeordnet. Das Muskelvolumen der postero-lateralen Hüft- und Beinmuskulatur wurde mit MRT-Untersuchungen dargestellt und die Geschwindigkeiten der Muskelatrophie und die Wirkung der Gegenmaßnahmen berechnet. Die Geschwindigkeiten der Muskelatrophie Entwicklung der postero-laterale Hüft- und Beinmuskulatur waren unterschiedlich (p<0.0001). Die größte Atrophie fand sich beim Triceps surae (Medialer gastrocnemius, Lateraler gastrocnemius, Soleus), den Kniestreckern (Vastii), bei den Hüftextensoren, dem Quadratus femoris, einem Muskel, der die Hüfte nach außen dreht, und den Oberschenkelmuskeln. Die anderen postero-medialen und postero-lateralen Muskeln des Fußes/Knöchel und der Adduktor wurden während der Bettruhe auch stark betroffen. Die antero-mediale Hüftmuskulatur und der vorderen Schienbeinmuskeln waren vergleichsweise wenig während der Bettruhe betroffen. Unterschiedliche Atrophie-Geschwindigkeiten wurden auch zwischen synergistische Muskeln gesehen. Die verschiedenen Köpfe der Triceps surae und hinteren Oberschenkel Muskel-Gruppe demonstrierte unterschiedliche Geschwindigkeiten der Atrophie; die Vastii wiesen eine schnellere Geschwindigkeit der Atrophie auf als der Rectus femoris; die oberen Gesäßmuskeln wiesen eine schnellere Geschwindigkeit der Atrophie auf als der untere Gesäßmuskel und der Gluteus medius. Zusammenfassend vermindern die Gegenmaßnahmen die Muskelatrophie im Triceps surae, in den Vastii und in der Gesäßmuskulatur, waren aber weniger wirksam für die hinteren Oberschenkelmuskeln, die postero-mediale und postero-laterale Muskeln des Fußes / Knöchel und der Adduktoren während längerer Bettruhe. Die zusätzliche Ganzkörpervibration beim Widerstandstraining hat keinen zusätzlichen Effekt auf die untersuchten Muskelgruppen.
