Die Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen auf die Steigerung der Quadrizepskraft bei Patienten mit ACL-Rupturen

Die Wirkung der Ganzkörper-Vibrationstherapie auf die Steigerung der Quadrizepskraft vor der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes

1. Einführung:

   Eine Verletzung des vorderen Kreuzbandes (VKB) ist eine häufige Knieverletzung in der Orthopädie und Sportmedizin. Es wird geschätzt, dass es in den USA jährlich 200.000 Kreuzbandverletzungen gibt. Nach Angaben des skandinavischen Registersystems für Kreuzbandverletzungen lag die Inzidenz von Kreuzbandverletzungen bei etwa 32–38/10.000 Menschen pro Jahr. Die ACL-Rekonstruktion (ACLR) wurde als optimale Behandlung zur Wiederherstellung der passiven Knie-Laxität bei Patienten mit ACL-Verletzung empfohlen, die den Wunsch haben, wieder Sport zu treiben. Eine aktuelle Metaanalyse ergab jedoch, dass nur 42 % der Spitzensportler nach einer erfolgreichen Rekonstruktion und Rehabilitation in den Nicht-Elite-Leistungssport zurückkehren können. Ungefähr 50 % von ihnen können ein Jahr nach der Operation nicht wieder Sport treiben und ein Drittel kann zwei Jahre nach der Operation nicht wieder Sport treiben.

   Der Grund, warum einige Patienten nach einer Operation eine gute funktionelle Erholung erreichen können, andere jedoch nicht, ist bislang unbekannt. Da das ultimative Ziel der VKB-Rekonstruktion darin besteht, den Patienten zu helfen, ohne hohes Risiko einer erneuten Verletzung zu ihrer Aktivität vor der Verletzung zurückzukehren, ist es äußerst wichtig, diejenigen zu identifizieren, bei denen ein hohes Risiko einer schlechten Genesung nach der Operation besteht. Einige frühere Studien kamen zu dem Schluss, dass die präoperative Quadrizepsstärke ein wichtiger Prädiktor für die funktionelle Erholung nach der Operation ist. Daher ist die Steigerung der Quadrizepskraft vor der Operation sehr wichtig. Mehrere Studien zur präoperativen Rehabilitation ergaben, dass ein Teil der Patienten immer noch keine symmetrische Quadrizepskraft erreichen konnte, was vor allem aufgrund der verletzungsbedingten arthrogenen Hemmung und erhöhten atrophiebedingten Biomarkern dazu führt, dass diese Patienten nur schlecht auf traditionelles Krafttraining ansprechen.

   Es wurde gezeigt, dass Ganzkörpervibrationen aufgrund der Erhöhung der kortikomotorischen Erregbarkeit ein wirksames Mittel zur Verringerung von Herzinfarkten sind. Ganzkörpervibrationen erfreuen sich als Zusatzprogramm der Physiotherapie bei diversen Beschwerden immer größerer Beliebtheit. Bei Patienten mit VKB-Verletzungen deuten frühere Studien darauf hin, dass Ganzkörpervibrationen die Funktion des Quadrizeps, die neuromuskuläre Kontrolle und das Gleichgewicht wirksam verbessern. Es gibt mehrere Mechanismen, die die Vorteile der Ganzkörper-Vibrationstherapie für ACLD-Patienten erklären können. Erstens können Vibrationsreize die Erregbarkeit von afferenten Neuronen vom Typ Ia über Muskelspindeln erhöhen, was zu einem tonischen Vibrationsreflex und einer Vergrößerung der Muskelfasern vom Typ I und Typ II führt. Zweitens können Ganzkörpervibrationen die Rekrutierungsschwellen für schnell zuckende motorische Einheiten sofort senken, was zu einer stärkeren Aktivierung der Muskeln führt. Drittens können Vibrationsreize propriozeptive Rezeptoren der unteren Gliedmaßen aktivieren. Auf molekularer Ebene können Hochfrequenzvibrationen mit niedriger Amplitude die Atrogin-1-mRNA- und Myostatin-Expression herunterregulieren. Darüber hinaus erwies es sich auch als wirksam bei der Erhöhung des zirkulierenden Irisins, einem kürzlich identifizierten Myokinspiegel, akut nach Vibrationsübungen. Mehrere Studien berichteten auch, dass Ganzkörper-Vibrationstraining die Blutkonzentration von TNF-α-Rezeptoren, TNF-α und IL-6 bei älteren und gesunden Menschen nach dem Training senken kann. Basierend auf dem oben Gesagten ist die Ganzkörpervibration möglicherweise eine effizientere und effektivere Möglichkeit, die Quadrizepskraft vor einer Operation zu verbessern.

   Daher dient diese Studie in erster Linie der Beantwortung der Forschungsfrage: Haben Patienten mit einer stärkeren Verbesserung der Quadrizepskraft vor der Operation auch eine bessere funktionelle Erholung nach ACLR? Das zweite Ziel besteht darin, die Forschungsfrage zu beantworten: Sind die Hemmung des Quadrizeps und eine veränderte, durch körperliche Betätigung verursachte Myokinsekretion die Gründe für die unterschiedlichen Reaktionen des Patienten auf Übungen mit der gleichen Intensität? Das dritte Ziel besteht darin, die Frage zu beantworten: Ist die Ganzkörpervibration eine effektivere und effizientere Möglichkeit, die Quadrizepskraft vor einer Operation zu verbessern?

2. Methodik:

   Eine randomisierte Kontrollstudie 2.1 Teilnehmer: Einschlusskriterien: Erwachsener; primärer einseitiger Kreuzbandriss; keine weiteren Verletzungen an den unteren Extremitäten; BMI <30; keine akuten Verletzungssymptome; Warten auf ACLR. Ausschlusskriterien: BMI ≥ 30; Schwangerschaft; jede Herz- oder Atemwegserkrankung; Ablehnung der Annahme von ACLR 2.2-Interventionen: Die Patienten werden randomisiert in zwei Gruppen eingeteilt: konventionelle Gruppe und; Vibrationsgruppe; konventionelle+ Krafttrainingsgruppe; konventionelle +Vibrationsgruppe.

   Konventionelle Gruppe: Krafttraining Vibrationsgruppe: Ganzkörper-Vibrationstherapie Konventionell + Vibrationsgruppe: Krafttraining + Ganzkörper-Vibrationstherapie Krafttrainingsprotokoll: Beinpresse 75 % RM 10 Wiederholungen*3 Beinstrecker 75 % RM 10 Wiederholungen*3 Beinbeuger 75 % RM 10 Wiederholungen *3 Hüftabduktion 75 % RM 10 Wiederholungen*3 Hüftadduktion 75 % RM 10 Wiederholungen*3 Anheben des gestreckten Beins 75 RM 10 Wiederholungen*3 Kniebeugen 1 Minute*6 Wiederholungen, 1 Minute Pause dazwischen Ganzkörpervibrationsprotokoll (Fitvibe Excel Pro). : Vibration in vertikaler Richtung Position: Standard-Kniebeuge mit 60°-Beugung des Knies, barfuß und Hände am Handgelenk Frequenz: 20–60 Hz (angepasst in Schritten von 5 Hz) Amplitude: 2–4 mm Intensität: 15–30 Minuten (angepasst an die Bedürfnisse des Patienten) selbstberichtetes Gefühl und Fortschritt)

   Alle Eingriffe dauern fünf bis vier Wochen und die Patienten müssen mindestens zehn Trainingseinheiten absolvieren.

   Damit alle Patienten die gleiche postoperative Rehabilitation absolvieren können. Auf den Smartphones der Patienten wird eine Smartphone-APP installiert, die unser postoperatives Rehabilitationsprotokoll veranschaulicht.

   2.3 Ergebnisse: 2.3.1 Zeitpunkte für Ergebnismessungen: Ausgangswert, nach einer einzelnen WBV-Sitzung, vor der Operation, 3 Monate nach der Operation, 9 Monate nach der Operation.

   2.3.2 Quadrizepskraft und freiwillige Aktivierung des Quadrizeps: Die Messung des Quadrizeps-Spitzendrehmoments (beide Beine) der Probanden wird auf einem isokinetischen Kraftdynamometer (Biodex System 3, Biodex Medical Systems, Shirley, NY, USA) durchgeführt. Während des Tests werden die Probanden mit um 90° gebeugter Hüfte und 30° gebeugtem Knie positioniert und die Probanden werden gebeten, ihr Bestes zu geben, um den MVIC sicherzustellen. In der Zwischenzeit gibt der Tester während des Kontraktionsprozesses das aufmunternde Wort „immer härter“. Der MVIC-Test wird pro Proband dreimal wiederholt. Und während des Intervalls jeder Wiederholung ist ausreichend Ruhe eingeräumt. Um die Daten zu standardisieren, wird das individuelle MVIC-Spitzendrehmoment für die weitere statistische Analyse durch die Körpermasse jedes Probanden dividiert.

   Um das Aktivierungsverhältnis des Quadrizeps zu quantifizieren, wird die überlagerte Burst-Technik verwendet.

   Das beim MVIC-Test aufgezeichnete Spitzendrehmoment wird in eine Software eingegeben, um einen supramaximalen elektrischen Reiz (von DS7R: 10 Impulse, 100-Hz-Zug) an den Quadrizepsmuskel abzugeben, sobald das maximale Kniestreckdrehmoment erreicht ist. Der elektrische Reiz wird über zwei selbstklebende Stimulationselektroden (8 × 13 cm) abgegeben, die proximal über dem Vastus lateralis-Muskel und distal über dem Vastus medialis angebracht werden. Das Aktivierungsverhältnis des Quadrizeps wird anhand der zentralen Aktivierungsverhältnisformel (CAR) berechnet, die (MVIC) / (durch den Reiz erzeugtes Spitzendrehmoment) * 100 ist. Ein CAR von 100 wurde verwendet, um eine vollständige Quadrizepsaktivierung darzustellen. CAR-Werte von ≥ 95 galten als „normal“ und/oder repräsentativ für einen gesunden CAR-Wert. Der maximal erfasste CAR-Wert wird für die statistische Analyse verwendet.

   CAR= MVIC/(MVIC+ST) *100 %

   2.3.3 Quadrizepsdicke: Frühere Studien haben bestätigt, dass die Quadrizepsgröße anhand einer einzigen MRT-Untersuchung in der mittleren Höhe des Oberschenkels genau vorhergesagt werden konnte. In dieser Studie wird unter Berücksichtigung der Kostenineffizienz der MRT-Untersuchung Scherwellen-Elastographie-Ultraschall (Version 6.0; Supersonic Imagine, Aix-en-Provence, Frankreich) zur Schätzung des Quadrizeps-CSA verwendet, da mehrere Studien zeigen, dass Ultraschall ein zuverlässiges Instrument ist zur Quantifizierung der Muskel-CSA. Darüber hinaus haben Abe T et al. festgestellt, dass eine hohe Korrelation besteht (r=0,91) zwischen Muskeldicke und CSA des Quadrizeps. Und Franchi et al. unterstützen die Verwendung der mittels Ultraschall gemessenen mittleren Quadrizepsdicke zur Überwachung der langfristigen hypertrophen Reaktion, die durch Widerstandskrafttraining hervorgerufen wird, als Alternative zur viel teureren MRT-Untersuchung.

   2.3.4 Funktionelle Leistung (sEinzelbeinsprung; Haltungskontrolle): Der Single-Leg-Hop-Test (SLH) wird wie in früheren Studien berichtet durchgeführt. Vor dem Test müssen die Patienten ein 5-minütiges Aufwärmtraining auf einem stationären Heimtrainer absolvieren. Es wird eine allgemeine Anleitung zur Sprungaufgabe „Auf einem Bein stehen, so weit wie möglich springen und auf demselben Bein landen“ gegeben. Mit jedem Bein werden drei Versuche durchgeführt, gefolgt von einer Eingewöhnung. Der SLH gilt als korrekt, wenn der Patient in der Lage ist, die maximale Sprungweite zu erreichen und dabei nach der Landung mindestens 2 Sekunden lang das Gleichgewicht zu halten. Die Patienten werden gebeten, mit ihrem unverletzten Bein zu beginnen.

   Das Biodex Stability System (mit Softwareversion 3.1, Biodex Medical Systems) wird zur Bewertung der Haltungskontrolle verwendet. Die Teilnehmer werden mit beiden Füßen auf der Plattform und in einer bequemen Position mit einer Kniebeugung von etwa 15° positioniert. Die in der ersten Sitzung aufgezeichneten Fußpositionen werden bei allen weiteren Beurteilungen verwendet. Jeder Patient muss die statische Position beibehalten, wobei die Stabilität der Plattform innerhalb von 25 Sekunden schrittweise von Stufe 8 auf Stufe 4 abnimmt. Es werden insgesamt 3 Versuche mit einer Pause von 10 Sekunden dazwischen durchgeführt. Der Mittelwert ± Standardabweichung von OSI, API und MLI wird aufgezeichnet.

   2.3.5 Von Patienten gemeldete Ergebnisse: Das subjektive funktionelle Ergebnis wird anhand des Lysholm-Knie-Bewertungssystems, des subjektiven IKDC-Bewertungssystems und des Tegner-Aktivitäts-Scores bewertet. Die psychologische Bereitschaft zur Rückkehr zum Spiel wird durch ACL-RSI bewertet. Der IKDC besteht aus 10 Fragen zu Symptomen und Aktivität im Bereich von 0 bis 100, wobei 100 eine perfekte Kniefunktion bedeutet. Der Tegner-Score ist ein Aktivitätsniveau, das von 1 (geringe Aktivität) bis 10 (sehr hohe Aktivität) skaliert wird. Die ACL-RSI-Skala mit 12 Items misst drei spezifische psychologische Konstrukte – Emotionen, Leistungsvertrauen und Risikoeinschätzung – auf einer Skala von 0 bis 100. Diese Skala ist ein prädiktiver Parameter für ein erfolgreiches RTS nach ACLR.

   2.3.6 Biomarker im Blutserum: Blut wird zu Studienbeginn, 30 Minuten nach 1-tägigem Training und nach 4-wöchigem Training entnommen.

   Die Technik der Serumentnahme wurde von Perez-Lopez et al. beschrieben. Blutproben werden 15 Minuten lang bei 1000 g zentrifugiert und bei -80 °C gelagert. Zwei hochempfindliche ELISA-Kits (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) werden verwendet, um die Serumkonzentration von IL-15, IL-15Rα, Myostatin, IL-6, IL-10, IGF-1 und Irisin in Duplikaten zu bestimmen.

   2.3.7 Schwellungs- und Schmerzbeurteilung: (wird 1 Woche und 3 Monate nach der Operation gemessen) Die Schwellung des Kniegelenks wird durch Messung des mittleren Patellaumfangs mit einem Standardbandmaß (Bandbreite = 8 mm) beurteilt. Der Unterschied zwischen der verletzten Seite und der kontralateralen Seite wird zur weiteren Analyse aufgezeichnet. Die Messung wird von demselben erfahrenen Forscher durchgeführt.

   Der Schmerz wird anhand der gut etablierten numerischen Schmerzbewertungsskala geschätzt. Die gut etablierte numerische Schmerzbewertungsskala schätzt den Schmerz. Die Patienten beenden diese Skala basierend auf ihrem subjektiven Gefühl gemäß der Einleitung zur Skala.

   2.3.8 Passive Knielaxität Die passive Knielaxität wird mit dem Kniearthrometer KT-1000 gemessen. Das KT-1000 ist ein objektives Instrument für VKB-Verletzungen und -Rekonstruktionen, das die vordere Schienbeinbewegung relativ zum Femur misst. Der Test umfasst das Befestigen des KT-1000 am Bein, das Ziehen des Schienbeins nach vorne und das Quantifizieren des Bewegungsumfangs in Millimetern (mm).

   2.3.9 Motivation und soziale kognitive Variable und Rehabilitationstreue Zur Messung der Behandlungsmotivation wird die Verletzungsrehabilitationsversion des Fragebogens zur Selbstregulierung der Behandlung verwendet. Der Fragebogen wurde bei ACL-Patienten in Hongkong eingesetzt und hat Belege für seine Gültigkeit und Zuverlässigkeit erhalten. Zur Messung der Variablen aus der Theorie des geplanten Verhaltens wird die chinesische Verletzungsrehabilitationsversion der Theory of Planned Behavior Scale verwendet, die aus früheren Studien zur Verletzungsrehabilitation entwickelt und validiert wurde.

   Die Einhaltung der Rehabilitation wird anhand der Self-Reported Injury Rehabilitation Adherence Scale geschätzt. Die Skala ist eines der am weitesten verbreiteten selbstberichteten Instrumente, das in chinesischer Sprache validiert wurde, und sie wurde auch bei ACL-Patienten zur Messung ihrer Rehabilitationstreue eingesetzt, wobei ihre psychometrischen Eigenschaften durch starke Beweise unterstützt wurden.

3. Statistiken:

Als primäres Ergebnis wurde die Quadrizepskraft herangezogen. Mit einer geschätzten Effektgröße von 0,3 für die Steigerung der Quadrizepskraft nach WBV, basierend auf einer ähnlichen Studie und unter der Annahme einer Fluktuationsrate von 20 %, wurde gezeigt, dass jede Gruppe 50 Probanden rekrutieren sollte, also insgesamt 125160. Die Basiseigenschaften werden mithilfe unabhängiger t-Tests für parametrische Parameter und des x2-Tests für nichtparametrische Parameter getestet. Zur Analyse des Unterschieds zwischen den 24 Gruppen wird eine Varianzanalyse mit wiederholten Messungen (ANOVA) mit der Zeit als Faktor für wiederholte Messungen für das Ergebnismaß verwendet. Tests zur patienteninternen Wirkung wurden eingesetzt, um Unterschiede zwischen verschiedenen Zeitintervallen in jeder Gruppe festzustellen. Der Kontrast zur F-Statistik wird verwendet, um den Unterschied zu verschiedenen Zeitpunkten in der Post-hoc-Analyse zu erkennen. Der Mann-Whitney-U-Test wird verwendet, um Unterschiede zwischen den 24 Gruppen in den Ergebnisvariablen zu vergleichen. Für alle statistischen Tests wird der Alpha-Wert auf 0,05 festgelegt und mit dem Statistical Package for Social Sciences (IBM SPSS Ver. 24).