Einfluss von Widerstands-Vibrations-Training auf muskuläre Leistung und Kraft während 56 tägiger Bettruhe

Abstract

Der Erhalt von Muskelfunktion ist nicht nur eine essentielle Vorraussetzung für erfolgreiche Langzeit-Raumflug-Missionen, sondern auch für hohe Lebensqualität, Selbständigkeit und Mobilität in der älteren Bevölkerung. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass der Aufenthalt in der Schwerelosigkeit genauso wie physische Inaktivität und sitzende Lebensweise zu Einschränkungen von Muskelkraft, -leistung und –koordination führen. Weltraumbehörden und medizinische Institutionen haben ein großes Interesse daran, diese Prozesse besser zu verstehen und Methoden zu entwickeln ihnen vorzubeugen. In dieser Arbeit wurde im Rahmen der Berliner Bed Rest Studie 1 (BBR1) der Effekt von Widerstand-Vibrations-Training (resistance vibration exercise, RVE) auf die muskuläre Leistung und Kraft bei einer 56 tägigen Bettruhephase untersucht. Es sollte gezeigt werden, dass Bettruhe zu einem Verlust an Leistung und Kraft führt und dass Widerstand-Vibrations-Training diesen Prozess einschränken oder aufhalten kann. Hierfür wurden 20 gesunde Probanden mit einem Durchschnittsalter von 33 Jahren in eine Kontrollgruppe und Trainingsgruppe gelost. Nachdem Basisuntersuchungen erhoben wurden, unterzogen sich alle Probanden einer 56-tägigen absoluten Bettruhe. Die Trainingsgruppe nutzte ein speziell für diese Studie entwickeltes Trainingsgerät (Galileo Space, Novotec, Pforzheim), um mehrmals in der Woche zu trainieren. Weitere Messungen wurden direkt nach Ende der Bettruhephase und in den darauffolgenden Stunden und Tagen durchgeführt. Die maximale isometrische Kraft wurde in einem Dynamometer an den Plantarflektoren gemessen. Gleichzeitig wurde mit Hilfe von Oberflächen-Elektromyografie die neuromuskuläre Aktivität gemessen. Die Studienteilnehmer absolvierten Countermovementsprünge, um maximale Sprungleistung und –höhe zu messen. In der Kontrollgruppe kam es zu einem signifikanten Verlust an maximaler Kraft und Sprungvermögen. Weiterhin zeigte sich eine Abnahme der neuromuskulären Effizienz bei den Plantarflexionen. RVE war in der Lage, die maximale Kraft zu erhalten, aber konnte die Defizite bei den Countermovementsprüngen nur einschränken. Als Erklärung für die Diskrepanz an Effektivität zwischen dem Erhalt von Muskelkraft und -leistung lassen sich der Aufbau des Trainings an sich und die unterschiedliche Komplexität der Übungen anführen. So war das RVE auf den Erhalt von Maximalkraft ausgelegt. Countermovementsprünge erfordern ein hohes Maß an Koordination. Diese scheint im Rahmen der Bettruhe auch eingeschränkt zu werden und wurde durch das RVE nicht optimal trainiert. Da alle Muskeleigenschaften während Langzeit-Raumflügen und bei älteren Menschen benötigt werden, sollten weitere Studien Trainingsprogramme untersuchen, die 6-86 sowohl Kraft als auch Leistung und Koordination erhalten. RVE wird ein wichtiger Bestandteil eines solchen Trainings sein.

Preservation of muscle function is not only an essential prerequisite for successful long-term space flight missions but also for high quality of life, independent living and mobility among the elderly. Previous studies have shown that exposure to zero gravity environments as well as physical inactivity and a sedentary lifestyle lead to a decline in muscle force, muscle power and coordination. Space agencies and medical institutions have great interest in understanding these processes and developing prevention methods. In this work, the effect of resistance vibration exercise (RVE) on muscular power and strength was examined in the 56 day long Berlin Bed Rest Study 1 (BBR1). The aim was to examine whether bed rest results in loss of muscle power and force and whether RVE can prevent or limit this process. For this purpose, 20 healthy male volunteers with an age average of 33 years were divided into a control group and an intervention group. After the acquisition of baseline data, all participants underwent 56 days of bed rest. During this time period the RVE group used a training device that was specifically developed for this study (Galileo Space, Novotec, Pforzheim) several times a week. Post intervention measurements were taken directly after the time of bed rest and within the following hours and days. Maximum isometric plantar flexion force was assessed with a dynamometer. Surface electromyography measured neuromuscular activity during these contractions. The participants performed countermovement jumps in order to determine maximal jumping power and height. There was a significant reduction in isometric muscle force and jumping power in the control group. Results of neuromuscular efficiency calculations showed a loss in this group that trended towards significance. In the intervention group RVE was capable of preserving maximal isometric force but could only lessen the decline of countermovement jump parameters. The design of the RVE training as well as the differences in complexity of the two performed muscle function tests could serve as potential explanations for the discrepancy in the ability of RVE to preserve muscle force but not muscle power. As such, RVE was designed to improve maximal muscle force. Countermovement jumps require a high degree of coordination, which also appeared to be impaired by bed rest and could not be sufficiently trained with the RVE. Since all muscle functions are needed during long-term space flights and among elderly people, further studies should examine training programs that improve muscle strength as well as power and coordination. RVE will be an important component of such training.