Die Wirkung von Müdigkeit und Biofreeze® auf die Biomechanik des Laufens

Verzögerter Muskelkater (DOMS) ist eine häufige Beschwerde vieler Läufer, vom Anfänger bis zum Experten. DOMS kann die primären Bewegungsapparate bei der Fortbewegung beeinträchtigen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Hüftbeuger und -strecker, Kniebeuger und -strecker und die Fußsohlenbeuger. Beim Laufen mit DOMS kann die Hüft-, Knie- und Knöchelmechanik so beeinträchtigt werden, dass sie eine schützende Kompensation bewirken kann, um weitere Schäden zu verhindern oder Schmerzen in der betroffenen Muskulatur zu dämpfen. Ein häufiges Vorkommen ist DOMS in den Kniestreckern nach längerem Laufen. DOMS, die in den Kniestreckern auftreten, können die Biomechanik des sagittalen Kniegelenks stark beeinflussen (Dutto und Braun 2004; Paquette et al., 2017). Genauer gesagt können diese Änderungen in der Kniemechanik die Kniesteifigkeit bei der anfänglichen Haltung erhöhen, was zu einer Erhöhung der vertikalen Beinsteifigkeit führt. Diese Veränderung der Kniesteifigkeit dient potenziell als schützender Kompensationsmechanismus gegen eine Verlängerung der Kniestrecker (Paschalis et al., 2007; Tsatalas et al., 2010). Eine Veränderung der Laufmechanik (als Folge von DOMS oder Ermüdung) kann möglicherweise zu einem erhöhten Risiko für laufbedingte Verletzungen führen.

Ein möglicher Weg, den Einfluss von Muskelkater auf die Laufbiomechanik zu reduzieren oder zu lindern, ist die topische Anwendung von Analgetika (Ellis et al., 2005). Topische Analgetika wie Biofreeze® wirken, indem sie sich an die Schmerzrezeptoren anheften, die ein Signal an das Gehirn übertragen und ein Signal zurück an den Muskel weiterleiten, um den Muskel zu schützen, indem sie in einer verkürzten Position bleiben, was sowohl die Krafterzeugung als auch die Laufbiomechanik beeinflusst (Johar et a., 2012). Die Blockierung dieses Signals sollte es dem Individuum ermöglichen, Muskelschmerzen zu lindern und die Muskelfunktion und Gelenkmechanik auf das Niveau vor dem DOMS zurückzubringen. Die interaktive Wirkung von Muskelkater und einem topischen Analgetikum auf die Biomechanik des Laufens bleibt jedoch unbekannt. Eine Verringerung von Muskelschmerzen im Zusammenhang mit DOMS kann zu einer verbesserten Leistung beim Laufen oder zumindest zu mehr Komfort im täglichen Leben im Umgang mit DOMS führen. Bisher gibt es wenig Forschung über die interaktive Wirkung von mit einem topischen Analgetikum behandeltem DOMS auf die Biomechanik des Laufens.

Versuchsprotokoll

Probanden: Zwanzig Probanden im Alter von 17-40 Jahren werden für die Studie rekrutiert. Die Teilnehmer gelten als Freizeitläufer (mindestens 17 Jahre alt, 20 km pro Woche laufen, ohne kürzliche oder aktuelle Verletzungen). Von allen Probanden wird eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt.

Experimentelle Verfahren: Vor experimentellen Verfahren erhalten die Teilnehmer eine kurze Einführungssitzung und es werden anthropometrische Messungen durchgeführt, die für die Bewegungserfassungsanalyse erforderlich sind. Als nächstes dürfen sich die Teilnehmer mit ihrem normalen Geh-/Lauf-/Stretching-Routine aufwärmen. Nach Abschluss werden die Teilnehmer mit unseren biomechanischen Geräten ausgestattet (siehe unten). Anschließend laufen die Teilnehmer auf einem Laufband. Jede Laufeinheit dauert 5-10 Minuten und die Teilnehmer werden mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten (2 und 3 m/s) laufen, da die Auswirkungen der exzentrischen Übung sowohl der Kniestrecker als auch der Kniebeuger auf bestimmte temporäumliche Parameter und die Kniekinematik des Laufens sind Geschwindigkeitsabhängig. Nach der Laufsitzung bei beiden Geschwindigkeiten führen die Teilnehmer unser DOMS-Protokoll durch (siehe unten). 48 Stunden nach dem DOMS-Protokoll kehren die Teilnehmer für genau dasselbe Laufprotokoll wie oben beschrieben ins Labor zurück. Als nächstes wird den Teilnehmern Biofreeze® (oder Placebo) aufgetragen (siehe unten) und 15 Minuten nach der Anwendung führen die Teilnehmer erneut das Laufprotokoll durch (siehe Zeitleiste unten).

Tag 1:

• Vertrautmachen mit Protokoll und Laborbereich
• Anthropometrische Messungen
• Laufende kinematische Analyse - BASELINE (EMG und Bewegungserfassung)
• DOMS-Protokoll (Laufband ablehnen) Tag 2: (48 Stunden nach dem DOMS-Protokoll)
• Messung von DOMS (Pressure Pain Threshold – siehe Anhang, Subjektive Analyse)
• DOMS-induzierte Laufkinematikanalyse
• Biofreeze-Anwendung / Kontrollanwendung (Placebo).
• Intervention Laufende kinematische Analyse
• EMG und Motion Capture während beider Sitzungen

DOMS-Protokoll zur Schmerzinduzierung: Das DOMS-Protokoll besteht aus Teilnehmern, die ein 30-minütiges Protokoll zum Laufen auf dem Laufband nach unten durchführen. Der Teilnehmer wärmt sich zunächst für 5 Minuten in lockerem Schritttempo auf 0 % Steigung auf. Sobald der Teilnehmer mit dem Laufband vertraut und vorbereitet ist, wird das Laufband auf eine Steigung von -10 % (Abnahme) eingestellt und die Teilnehmer trainieren bis zu 85 % ihres vorhergesagten Herzfrequenzmaximums (PHRM). Sobald 85 % PHRM erreicht sind, beginnt ein 30-Minuten-Timer und der Teilnehmer versucht, dieses Intensitätsniveau beizubehalten, wobei er von einem Beobachter überwacht wird, der an der Seite des Teilnehmers bleibt. Der Teilnehmer wird zu jeder Zeit, wenn er sich auf dem Laufband befindet, in den Sicherheitsschlüssel am Laufband eingeclipst.

Kinematik: Die dreidimensionale Unterkörperkinematik wird mit einem Vicon-Bewegungserfassungssystem mit 10 Kameras (Vicon, Oxford, UK) verfolgt. Einzelne Markierungen werden über anatomischen Orientierungspunkten platziert, darunter mediale und laterale Knöchel, Fuß (Ferse, distale Mittelfußknochen), mediale und laterale Kondylen des Knies, größere Trochanter der Hüfte, Becken (vordere obere Beckenstacheln, hintere obere Beckenstacheln), und Torso (Xiphoid-Prozess, suprasternale Kerbe, T10-Wirbel, C7-Wirbel und eine medio-inferiore Skapula-Markierung zur Positionsidentifikation). Zusätzlich werden individuell geformte starre Körper, die aus leichten reflektierenden Markierungen bestehen, an der dorsalen Oberfläche des Fußes, seitlich am Mittelschenkel, seitlich am mittleren Oberschenkel und hinten am Becken (Sakral-Iliakal-Region) befestigt. Die starren Körper werden verwendet, um die Bewegung der Segmente während experimenteller Tests zu verfolgen. Eine statische Kalibrierung bestimmt die Beziehung zwischen den starren Körpern und den Kalibrierungsmarkierungen über den anatomischen Orientierungspunkten und anschließend Gelenkzentren und Segmentkoordinatensystemen. Markierungen werden je nach individueller Stelle entweder mit einem Klettverschluss-Nylonband, medizinischem Klebeband oder doppelseitigem Klebeband angebracht.

Elektromyographie (EMG): Die Muskelaktivität wird mittels Oberflächenelektromyographie (SEMG) aufgezeichnet und vor der Elektrodenplatzierung werden Standardvorbereitungen durchgeführt, einschließlich Rasieren der Oberfläche und Reinigen der Haut mit Alkohol (SOP 07 - Oberflächen-EMG). Die Ermittler werden vor der Elektrodenplatzierung eine lokalisierte Rasur an den unten angegebenen Stellen verlangen, um die Qualität unserer Aufzeichnungsstellen zu verbessern. Es wird ein Einwegrasierer verwendet, und wenn Blutungen oder Rasurbrand auftreten, wird dies zur Priorität, anstatt das Protokoll fortzusetzen. SEMG wird von 8 Muskeln der unteren Extremität (bilateral) aufgezeichnet. Ausgewählte Muskelgruppen umfassen:

1. Kniestrecker: Vastus medialis, Vastus lateralis, Rectus femoris, Vastus intermedius
2. Kniebeuger: Bizeps femoris, Semimembranosus, Semitendinosus
3. Fußsohlenbeuger: lateraler Gastrocnemius

Nach der Elektrodenvorbereitung, die das Rasieren und Schrubben mit Alkohol umfasste, werden bipolare Ag-AgCl-Einwegelektroden (MediTrace 130, Kendall, Mansfield, MA, USA) über jedem Muskelbauch platziert, ausgerichtet an der Muskelfaserorientierung mit einer Zwischenelektrode von Mitte zu Mitte Abstand von 2,5 cm. Das EMG wird bandpassgefiltert (10–1000 Hz) und differentiell verstärkt (CMRR > 115 dB bei 60 Hz; Eingangsimpedanz –10 GQ; Modell AMT-8, Bortec Biomedical Ltd., Calgary, AB, Kanada).

Nach der Vorbereitung führen die Teilnehmer eine Reihe maximaler freiwilliger Kontraktionen durch, um die EMG-Signale zu normalisieren. Die Teilnehmer führen isometrische maximale Knieflexions- und Extensionskontraktionen durch, um die EMG-Signale zu normalisieren. Alle EMG-Daten werden digital mit einer Rate von 2048 Hz aufgezeichnet.

Druckschmerzschwelle: Die Druckschmerzschwelle wird verwendet, um die Muskelempfindlichkeit zu beurteilen, und ist definiert als die minimale Menge an Druck, die Schmerzen verursacht. Eine höhere Druckschmerzschwelle weist auf eine geringere Muskelempfindlichkeit hin. Die Druckschmerzschwelle wird für den rechten Quadrizeps jedes Teilnehmers zu Beginn jeder Trainingseinheit vor allen anderen Tests gemessen. Die Teilnehmer werden angewiesen, „Ja“ zu sagen, sobald sie eher Schmerz als Druck verspüren. Wenn der Teilnehmer entspannt steht, platziert der Untersucher die Sonde des Algometers in der Mittellinie des rechten Quadrizeps auf halbem Weg zwischen dem Beckenkamm und dem oberen Rand der Patella. Der Untersucher wendet allmählich Kraft mit einer konstanten Geschwindigkeit von 50-60 kPa s-1 an, bis der Teilnehmer Schmerzen anzeigt. Drei Versuche mit einem Intervall von 30 Sekunden zwischen den Messungen werden mit einem Algometer mit einer Stimulationsfläche von 1,0 cm2 (Lafayette Instrument Company, Manual Muscle Tester, Modell 01163, Lafayette, Indiana, USA) gemessen und die Daten werden in Kilogramm/kg aufgezeichnet. cm2 mit einer Umrechnung in Kilopascal (1kg/cm2=98,1 kPa). Der Durchschnitt von drei Versuchen wird für die Analyse verwendet.

Wahrgenommener Schmerz (subjektive Schmerzanalyse): Muskelkater wird auch anhand der BS-11 Numerical Rating Scale (NRS) gemessen. Die NRS ermöglicht es den Teilnehmern, das Ausmaß der Schmerzen in Bezug auf den erlebten Muskelkater auszudrücken. Der NRS ist eine 11-Punkte-Skala, die von 0 bis 10 reicht, wobei 0 als „absolut kein Muskelkater“ und 10 als „schlimmster Muskelkater, der je gespürt wurde“ definiert ist.

Rate der wahrgenommenen Anstrengung: Es wird eine vereinfachte Skala zur Messung der Rate der wahrgenommenen Anstrengung verwendet (1-10, wobei 1 minimale Anstrengung und 10 maximale Anstrengung ist, die nur wenige Sekunden lang aufrechterhalten werden kann). Dies wird während jedes laufenden Teils der Studie (Baseline, DOMS, Biofreeze/Control) gesammelt und gemittelt.

Anwendung von Biofreeze® (oder Placebo): Eine topische Creme wird auf den Quadrizeps aufgetragen. Bei Biofreeze werden 8 ml des topischen Analgetikums auf den Muskelbauch des Quadrizeps aufgetragen. Die Art der Anwendung erfordert keine wesentliche Kraft, Druck oder Reibung, und daher ist keine Reflexaktivierung zu erwarten. Diese Dosis von Biofreeze® basiert auf der Schätzung, dass die durchschnittliche Hautoberfläche über dem Quadrizeps etwa 1600 cm2 beträgt, und der empfohlenen Dosis von Biofreeze® von 1 ml pro 200 cm. Der gleiche Vorgang wird für die Placebo-Creme ablaufen. Die Forscher werden blind gegenüber der Anwendung von entweder Biofreeze® oder einem Placebo sein. Die Gruppen werden entweder in die Kontroll- oder die Versuchsbedingung randomisiert.