Effekt von mechanischer Belastung und Knochenverlust auf die Beziehung zwischen Motoneuronaktivität und H-Reflex

EMG- und Kraftdatenerfassung

Oberflächen-EMG-Signale vom Musculus soleus, Beschleunigungsmesserdaten von der Ganzkörpervibrationsplattform und Kraftsensordaten werden mit einer Abtastrate von 2 kHz unter Verwendung eines Datenerfassungssystems (CED 3601 Power 1401 MKII Digital-Analog-Wandler und CED 1902 Quad System MKIII Verstärker) erfasst. Die Datenanalyse wird mit der Spike2 Version 7.20 Software durchgeführt.

Die Probanden werden im beidbeinigen Stand getestet. Eine Kraftmessdose (FC2231-0000-0100-L Kompressionslastsensor, Frankreich) wird unter der rechten Ferse der Probanden platziert, um Echtzeitmesswerte des auf die rechte Ferse ausgeübten Gewichts zu erhalten.

Vor dem Anbringen der Elektroden wird eventuelle Behaarung auf der Haut rasiert und die Haut mit Alkoholtüchern gereinigt, um Oberflächenfette zu entfernen. Ein EKG-Gel wird aufgetragen, um die Hautleitfähigkeit zu erhöhen.

Ein PowerPlate Pro5 (London, UK) Gerät wird zur Anwendung von Ganzkörpervibration verwendet.

________________________________________ H-Reflex-Messung

Eine Kathodenelektrode (runde Elektrode mit 1 cm Durchmesser) wird über dem N. tibialis in der rechten Kniekehle positioniert, und eine Anodenelektrode (10 × 10 cm) wird über dem suprapatellaren Bereich platziert. Die Stimulation wird mit einem Konstantstromstimulator [Modell DS7A, Digitimer Ltd, Hertfordshire, UK] mit einphasigen rechteckigen Stromimpulsen von 1 ms Dauer durchgeführt. Die Stromstärke beginnt bei 5 mA und wird schrittweise erhöht. Die zur Erzielung der Rekrutierungskurve des H-Reflexes und der maximalen M-Antwort (Mmax) erforderliche Intensität wird bestimmt. Eine Stromstärke, die eine M-Antwort von 10–30 % der Mmax auslöst, wird verwendet, um Schwankungen der H-Reflex-Amplitude in Abhängigkeit von der Reizintensität zu minimieren.

Der H-Reflex wird unter sechs verschiedenen Bedingungen gemessen. Zuerst werden die Probanden aufgefordert, in zufälliger Reihenfolge 10 %, 30 %, 50 %, 70 % und 100 % ihres Körpergewichts auf ihr rechtes Bein zu verlagern. Ein Monitor mit Echtzeit-Feedback des auf das rechte Bein ausgeübten Gewichts wird vor den Probanden platziert, um die Zielbelastung zu stabilisieren. Der Zielgewichtsprozentsatz wird auf dem Monitor angezeigt. Für jede Belastungsbedingung werden 10 H-Reflex-Messungen im Abstand von 10 Sekunden durchgeführt.

Anschließend wird den Probanden eine 1-minütige 30 Hz niederamplitudige (1,2 mm) Ganzkörpervibration verabreicht, und der H-Reflex wird alle 5 Sekunden gemessen.

Zur Beurteilung der Motoneuronaktivität wird die EMG-Aktivität in den 100 ms vor der elektrischen Stimulation als RMS-Amplitude quantifiziert.

________________________________________ Knochenmyoregulationsreflex

Den Probanden werden 10 Sekunden lange niederamplitudige (1,2 mm) Ganzkörpervibrationen von 30 Hz, 32 Hz, 34 Hz und 36 Hz verabreicht. Die kumulative Mittelungsmethode wird zur Messung der Latenz des Knochenmyoregulationsreflexes verwendet.

________________________________________ Stichprobenumfangsberechnung

In dieser Studie wird die H-Reflex-Amplitude unter fünf verschiedenen Belastungsbedingungen und während Ganzkörpervibration in zwei Gruppen gemessen. Unter der Annahme einer Effektgröße (partielles Eta-Quadrat) von 0,06, eines Alpha-Fehlerniveaus von 0,05 und einer statistischen Power von 0,9 wird der mindestens erforderliche Stichprobenumfang als 12 Probanden pro Gruppe, insgesamt also 24 Probanden, berechnet. Die Stichprobenumfangsberechnung wird mit G*Power Version 3.1.9.4 (Franz Faul, Universität Kiel, Deutschland) durchgeführt.

________________________________________ Statistische Analyse

Die Normalität der Datenverteilung wird mit dem Shapiro-Wilk-Test beurteilt. Variablen mit normaler Verteilung werden als Mittelwert ± Standardabweichung dargestellt, während nicht normalverteilte Variablen als Median (Interquartilsbereich) zusammengefasst werden.

Die H-Reflex-Amplitude und die Hintergrund-EMG-Aktivität, gemessen unter fünf verschiedenen Belastungsbedingungen und während Ganzkörpervibration, werden mit einer Varianzanalyse mit wiederholten Messungen (ANOVA) verglichen, wenn die Normalitätsannahme erfüllt ist. Tukey- oder Bonferroni-Post-hoc-Tests werden bei Bedarf angewendet. Wenn die Normalitätsannahme verletzt ist, wird der Friedman-Test verwendet, und paarweise Vergleiche werden mit dem Wilcoxon-Test durchgeführt. Für Post-hoc-Analysen wird die Bonferroni-Korrektur angewendet.

Alle statistischen Analysen werden mit der SPSS-Software (Version 18.0; SPSS Inc., Chicago, IL, USA) durchgeführt.