Wärmetherapie und Muskelfunktionsstudie

Junge und ältere Probanden nehmen an einem einbeinigen, hochintensiven Intervalltraining der rechten Kniestrecker teil (4 Intervalle von 4 Minuten bei 80 % der maximalen aeroben Leistung mit 4-minütigen Pausen dazwischen, 3x pro Woche für 6 Wochen).

Die Muskelfunktion und die kritische Kraft des Kniestreckers werden vor und nach der 6-wöchigen Behandlung gemessen.

Die Probanden führen 6 Wochen lang dreimal pro Woche eine intensive Kniestreckungsübung mit einem Bein durch. Konkret sitzen die Probanden in einem maßgeschneiderten Kniestrecker-Ergometer und führen während der Übung eine einbeinige, dynamische Kniestrecker durch (ähnlich dem einbeinigen Radfahren). Nach einem 6-minütigen Aufwärmen bei etwa 20 % der maximalen aeroben Kraft dieses Beins (bestimmt während eines abgestuften Belastungstests zur Kniestreckung mit einem Bein) führen die Probanden 4 Runden à 4 Minuten bei etwa 80 % der maximalen aeroben Kraft durch. Zwischen jeder Trainingseinheit erfolgt eine Erholung von 4 Minuten bei etwa 40 %. Am Ende der Übung gibt es ein Cool Down. Insgesamt führen die Probanden 6 Wochen lang dreimal pro Woche 40 Minuten Kniestreckübung mit einem Bein durch.

Die maximale aerobe Leistung (ermittelt durch einen abgestuften Belastungstest) wird nach 3 Wochen erneut ermittelt, um die Trainingsintensität entsprechend anzupassen.

• HIIT

Junge und ältere Probanden nehmen 6 Wochen lang dreimal pro Woche am einbeinigen Wärmetherapietraining eines einzelnen Beins (Quadrizeps femoris, 120 Minuten Kurzwellendiathermie zur Erhöhung der Muskeltemperatur auf ~39 °C) teil.

Die Muskelfunktion und die kritische Kraft des Kniestreckers werden vor und nach der 6-wöchigen Behandlung gemessen.

• Kurzwellendiathermie

Junge und ältere Probanden nehmen 6 Wochen lang dreimal pro Woche an einer Scheinbehandlung des einbeinigen Wärmetherapietrainings der rechten Kniestrecker teil (120 Minuten mit Kurzwellen-Diathermiegerät am Bein positioniert, aber nicht eingeschaltet).

Die Muskelfunktion und die kritische Kraft des Kniestreckers werden vor und nach der 6-wöchigen Behandlung gemessen.

Junge Probanden (18–35 Jahre) werden einer zweiwöchigen Beinimmobilisierung unterzogen und erhalten täglich zwei Stunden lang eine Scheinwärmetherapie. Bei der Scheinbehandlung wird das Heizgerät an der Gliedmaße angebracht, aber ohne Wissen des Teilnehmers wird es nicht eingeschaltet.

Die Muskelfunktion und die kritische Kraft des Kniestreckers werden vor und nach der 2-wöchigen Beinimmobilisierung gemessen.

Junge Probanden (18–35 Jahre) werden einer zweiwöchigen Beinimmobilisierung unterzogen und erhalten täglich zwei Stunden Wärmetherapie. Die Wärmetherapie besteht aus 120 Minuten Kurzwellendiathermie, um die Temperatur des Quadrizeps femoris-Muskels auf ~39 °C zu erhöhen.

Die Muskelfunktion und die kritische Kraft des Kniestreckers werden vor und nach der 2-wöchigen Beinimmobilisierung gemessen.

• Beinimmobilisierung

Die Muskelbelastungstoleranz, quantifiziert als kritische Leistung, wird vor und nach jedem Eingriff bewertet. Das Hauptergebnis wird die Änderung der kritischen Leistung sein, ausgedrückt in Watt, die durch jeden Eingriff hervorgerufen wird.

Konkret führen die Teilnehmer so lange wie möglich 3-5 verschiedene Kraftausgänge einer einbeinigen Kniestreckungsübung durch. Anschließend wird die beste Anpassungslinie zwischen der insgesamt geleisteten Arbeit und der Dauer jedes Leistungsabgabeversuchs verwendet, um die kritische Leistung, ausgedrückt in Watt, zu quantifizieren.

Die Widerstandsarterienfunktion wird vor und nach jedem Eingriff mit der Passive Leg Movement (PLM)-Technik beurteilt. Die wichtigste interessierende Variable wird die Veränderung des durch PLM hervorgerufenen Spitzenblutflusses von vor bis nach jedem Eingriff sein.

Konkret wird PLM durchgeführt, indem ein Mitglied des Forschungsteams das Kniegelenk eines Probanden 60 Sekunden lang mit einer Frequenz von 1 Hz durch einen Bewegungsbereich von 90 Grad bewegt. Diese passive Bewegung löst eine hyperämische Reaktion aus, die mit Doppler-Ultraschall der Oberschenkelarterie quantifiziert und in ml/min ausgedrückt wird. Der höchste 1-Sekunden-Durchschnitt des Blutflusses, der während der Bewegung auftritt, wird als maximale Blutflussreaktion identifiziert.

Die wichtigste interessierende Variable wird die Veränderung des durch PLM hervorgerufenen Spitzenblutflusses von vor bis nach jedem Eingriff sein.

Die maximale Blutflussrate, die während des Trainings erreicht wird, wird vor und nach jedem Eingriff bestimmt. Die wichtigste interessierende Variable wird die Veränderung des maximalen Trainingsblutflusses von vor bis nach jedem Eingriff sein, ausgedrückt in ml/min.

Insbesondere wird der Trainingsblutfluss durch Quantifizierung der maximalen hyperämischen Reaktion, ausgedrückt in ml/min, auf aktive einbeinige Kniestreckübungen beurteilt. Nach dem Aufwärmen führen die Probanden 3 Minuten lang eine maximale einbeinige Kniestreckungsübung durch, während der Blutfluss mit Doppler-Ultraschall (Logiq E, GE) der Oberschenkelarterie quantifiziert wird. Die durchschnittliche Blutflussrate, die während der letzten 30 Sekunden des Trainings erreicht wird, wird als maximaler Trainingsblutfluss identifiziert, ausgedrückt in ml/min.

Die Querschnittsfläche der Muskelfasern, die aus dem behandelten Vastus lateralis biopsiert wurden, wird zur Quantifizierung der Muskelgröße vor und nach jedem Eingriff verwendet. Die wichtigste interessierende Variable wird die Veränderung der durchschnittlichen Myofaser-Querschnittsfläche, ausgedrückt in Quadratmikrometern, von vor bis nach jedem Eingriff sein.

Konkret werden Muskelbiopsieproben auf einen Korken aus Tragantgummi montiert. Gefrorene Proben werden zur Färbung auf einen Objektträger geklebt. Die Objektträger werden mit fluoreszierend markierten Antikörpern inkubiert. CSA wird für jede Faser mit der Olympus CellSens-Software quantifiziert und anschließend für alle Fasern auf dem Objektträger gemittelt.

Die mitochondriale Muskelfunktion wird in permeabilisierten Fasern gemessen, die vor und nach jedem Eingriff aus dem Vastus lateralis biopsiert wurden.

Insbesondere die maximale gekoppelte Atmung (d. h. OXPHOS oder State 3) wird mit einer Clark-Elektrode (O2K, Oroboros) gemessen und in Pikomol verbrauchtem Sauerstoff pro Sekunde ausgedrückt.

Die wichtigste interessierende Variable wird die Veränderung der maximalen Paaratmung von vor bis nach jedem Eingriff sein.

Die Querschnittsfläche des behandelten Vastus lateralis wird vor und nach jedem Eingriff mittels Magnetresonanztomographie gemessen. Die wichtigste interessierende Variable wird die Veränderung der Querschnittsfläche, ausgedrückt in Quadratzentimetern, von vor bis nach jedem Eingriff sein.

Insbesondere wird die MRT verwendet, um die gesamte Muskelquerschnittsfläche des Vastus lateralis zu beurteilen. Die Teilnehmer werden in Rückenlage in einem 3,0-Tesla-MRT-Scanner (Siemens) gescannt. Es wird eine standardmäßige 2-D-Mehrschicht-Gradienten-Recall-Echo-(GRE)-MRT-Pulssequenz von Siemens verwendet. Die Bilder werden alle 5 mm in Schichten aufgenommen, was zu einer Gesamtsequenzzeit von etwa 2 Minuten führt. Dadurch werden Querschnittsbilder des Vastus lateralis von der Basis des Femurs (distale Kondylen) bis zur Leiste erstellt. .