Effekter av samtidig balanse- og motstandstrening hos eldre voksne

Bakgrunn:

I løpet av aldring avtar fysiske evner gradvis. Selv om årsaken til fall antas å være multifaktoriell, ser tap i muskelstyrke og balansekontroll ut til å være de mest avgjørende iboende risikofaktorene for fall.

Flere metaanalyser og oversikter legger vekt på positive effekter av motstand, balanse og kombinerte treningsintervensjoner på måling av styrke, kraft og balanseytelse og dermed på iboende (dvs. personrelaterte) risikofaktorer for fall. Ren balanse så vel som ren motstandstrening har vært effektive for å forbedre postural kontroll (f.eks. gangtiltak, styrke for benforlengelse) og redusere risikoen for å falle hos eldre mennesker. Kombinert motstands- og balansetrening beskriver generelt et sekvensielt eller samtidig treningsprogram, hvor motstands- og balanseøvelser utføres i rekkefølge innenfor samme treningsøkt. Disse treningsintervensjonene har også vist positive effekter. Sammenslåing av motstands- og balansetrening, å utføre begge samtidig, har ikke blitt undersøkt med hensyn til fallforebygging hos eldre mennesker ennå.

I løpet av de siste 15 årene har forskning på simultan motstands- og balansetrening, såkalt 'instabilitetstrening' (IRT), blitt vokst. IRT bruker ustabile enheter (sveitsiske baller, BOSU® baller, wobble boards, etc.) og en ekstern belastning (f.eks. vekter). Denne treningsmodaliteten har vist seg å påvirke aktivering av kjerne- og underekstremitetsmuskel positivt, forbedre balansen og ytterligere ha sammenlignbare gevinster i styrkemål analogt med tradisjonell motstandstrening. Kibele og Behm, for eksempel, fant overlegne forbedringer i single leg hop etter en IRT hos friske unge voksne. De konkluderte i tråd med prinsippet om treningsspesifisitet, at IRT induserte høyere balansetilpasninger, som var fremtredende i den balansekrevende singe leg hop. Videre anbefalte Behm og Colado IRT for eldre mennesker, og det er studier som undersøker effekten av forskjellige typer IRT på eldre voksne. Granacher og medarbeidere undersøkte effekter av styrketrening for kjerneinstabilitet (CIT) på mål på trunk muskelstyrke, spinal mobilitet, dynamisk balanse og funksjonell mobilitet hos eldre voksne. De fant meningsfulle forbedringer i mål på styrke, balanse og mobilitet sammenlignet med en kontrollgruppe. En annen studie, som undersøkte effekten av et treningsprogram for sveitsisk ball på eldre voksne, fant positive effekter på mål på fysisk form og balanse sammenlignet med en kontrollgruppe. Basert på brukte øvelser, fokuserte disse studiene på å styrke kjernen og forbedre hovedsakelig balanseevner. I en litt annen tilnærming for å forbedre balansen hos eldre kvinner, brukte Chulvi-Medrano og kolleger et treningsprogram for underekstremitetene ved å bruke en ustabil T-Bow®-enhet. Treningsgruppen forbedret seg i mål på dynamisk, statisk og total balanse, mens kontrollgruppen opplevde en nedgang eller ingen endring i balanseevner. Alle de tre nevnte studiene brukte ustabile enheter, men ingen inkluderte ekstra belastninger i treningsprogrammene, og derfor er motstandskomponenten til IRT begrenset til kroppsvekt. Derfor er det mangel på litteratur som støtter bevis for gjennomførbarhet og effektivitet av IRT som inkluderer ekstra belastning som motstand for å forbedre mål for styrke, kraft og balanse hos eldre mennesker.

Så vidt etterforskerne vet, er det ennå ikke utført noen studie som undersøker effekter av IRT med ekstra belastning som motstand på risikofaktorer for fall for eldre mennesker.

Målinger:

Data ble innhentet i vårt biomekanikklaboratorium. Spørreskjema ble fylt ut i adskilte rom. Alle tester ble utført og forklart ved å bruke standardiserte verbale instruksjoner angående testprosedyren for å opprettholde lik behandling for alle deltakerne. En enkelt vurdering varte i 90 minutter per deltaker.

Styrke/kraftvurdering:

Veletablerte kliniske og biomekaniske tester ble administrert for å måle primære resultater i muskelstyrke og kraft. I samsvar med anbefalingene til Granacher et al. styrkevurderinger ble utført etter balansevurderinger for å redusere forstyrrende effekter av muskeltretthet. Videre ble styrke- og balansetester administrert i tilfeldig rekkefølge innenfor deres respektive blokk. En øvingsprøve ble gitt for hver test. Testprosedyrer ble utført i henhold til anbefalingene til Gschwind et al. hvis ikke annet er oppgitt. To testforsøk ble utført ved å bruke gjennomsnittet for videre statistisk analyse. Bortsett fra maksimal isometrisk benforlengelsesstyrke og håndgrepsstyrke. Der ble den bedre verdien av to påfølgende forsøk brukt til statistisk analyse. I mellom forsøkene ble det gitt tilstrekkelige restitusjonsperioder for å redusere tretthet.

Maksimal isometrisk benforlengelsesstyrke (ILES) ble undersøkt med en kabeltrekkanordning (Takei A5002, Fitness Monitors, Wrexham, England) med oppreist kroppsstilling. Individuelle kabellengder ble valgt for å sikre en knevinkel på ca. 135°. Deltakerne ble bedt om å begynne å "dra i starten med moderat intensitet og sakte øke intensiteten til maksimal anstrengelse samtidig som overkroppen ble forlenget og oppreist" for å forhindre skader. For å sikre oppreist holdning ble deltakerne instruert om å opprettholde kontakten mellom skulder og vegg og ikke løfte scapula mens de trakk. Testen ble gjentatt med minst ett minutt mellom målingene. ILES viste utmerket test-retest-pålitelighet (ICC = .98) for styrke for benforlengelse.

For å måle håndgrepsstyrken ble et Takei hånddynamometer (Takei A5401, Fitness Monitors, Wrexham, England) brukt. Deltakerne sto oppreist med armen på linje med kroppen og klemte enheten så hardt de kunne ved å bruke den dominerende hånden. Håndtakets bredde ble tilpasset deltakerens håndstørrelse. Mellomfalangene måtte plasseres på det indre håndtaket. Takei-dynamometeret viste utmerket test-retest-pålitelighet (ICC = 0,95).

I tillegg til isometrisk styrke ble det utført effekttester. I tillegg til standard stolstigningstest (CRT) på stabil overflate, ble testforsøk registrert mens du sto på en skumpute (AIREX©). Deltakerne måtte reise seg og sette seg ned fem ganger så raskt de kunne, uten hjelp av armene. Derfor måtte armene brettes over overkroppen. Tiden ble målt med en vanlig stoppeklokke til nærmeste 0,01 sekund. Etter nedtellingen «ready-set-go» ble testtiden startet og stoppet da deltakerne satte seg ned for femte gang. For CRT er høy test-retest pålitelighet vist (ICC = .89).

I tillegg ble det utført en trappstigningskrafttest. Denne testen har vist meningsfulle assosiasjoner til mobilitetsytelse og styrkemål. Opp- og nedstigningstider ble registrert separat og kraft ble beregnet med følgende formel: P =((M x D) x g )/t, hvor P = Effekt (Watt), M = Kroppsmasse (kg), D = Vertikal tilbakelagt distanse (meter), t = Tid (sekunder) og g = 9,8 (tyngdekraftskonstant). Deltakerne ble bedt om å gå raskt, men trygt opp og ned en 9-trinns trapp (17 cm trinnhøyde). Tiden ble startet etter køen til å gå og stoppet når den andre foten nådde henholdsvis øverste trinn og/eller gulvet. Bruk av rekkverk var tillatt av sikkerhetsmessige årsaker. Tiden ble målt med vanlig stoppeklokke til nærmeste 0,01 sekund. Test-retest reliabilitet har vist seg å være utmerket (r = .99).

Balansere:

Dynamisk steady-state balanse ble testet mens man gikk på en 10-meters gangvei, og målte temporal-spatiale gangvariabler (skråklengde (cm), dobbel støttetid (%), hastighet (m/s), skrittbredde (cm)) vha. et todimensjonalt OptoGait©-system (Microgait, Bozano, Italia). I tillegg ble variasjonskoeffisienten beregnet (CV = (SD/gjennomsnitt) x 100). OptoGait©-systemet viste høye interklasse-korrelasjonskoeffisienter (ICC-er = .93 - .99) og høy samtidig gyldighet mellom OptoGait©-systemet og et tidligere validert system. Deltakerne ble bedt om å gå i 10 m med eget fottøy i et selvvalgt tempo tre ganger for å beregne reliabilitet for test-retest. Fordi OptoGait©-systemet er i stand til å ta opp automatisk, var et startsignal ikke nødvendig. Det ble gitt et tre-minutters intervall mellom individuelle forsøk for å hvile, lagre dataene samt forberede seg til neste forsøk. Ved starten og slutten av gangveien ble det gitt tilstrekkelig avstand til å akselerere og bremse trygt. I tillegg ble det første og siste trinnet ekskludert fra analyse for å eliminere mulig akselerasjons- og retardasjonsskjevhet. Hvert forsøk ble tatt opp med 1000 Hz ved å bruke den produserte OptoGait©-programvaren som kjørte på en bærbar datamaskin (Lenovo ThinkPad T530).

Proaktiv balanse ble testet ved hjelp av Functional Reach Test (FRT) og Timed up and Go Test (TUG). FRT måler den maksimale avstanden deltakerne var i stand til å strekke seg fremover mens de står. For dette formålet ble deltakerne instruert om å løfte den dominerende armen og strekke seg fremover så langt de kunne uten å ta et skritt fremover. Maksimal rekkevidde (cm) ble vurdert. FRT viste utmerket test-re-test reliabilitet med eldre mennesker (ICC = 0,92). FRT-forsøk ble gjentatt når deltakerne ikke var i stand til å holde begge føttene på bakken i en fast posisjon. I tillegg til standard FRT på fast overflate, ble testforsøk registrert mens du sto på en skumpute (AIREX©). For TUG ble deltakerne bedt om å reise seg fra en stol og gå tre meter i normal ganghastighet rundt en kjegle, gå tilbake og sette seg ned. Tid for TUG ble registrert med vanlig stoppeklokke til nærmeste 0,01 sekund på kommandoen "ready-set-go" og stoppet så snart deltakerne satte seg. TUG-en viste utmerket test-retest-pålitelighet (ICC = .99) hos eldre voksne.

For å teste reaktiv balanse ble Push and Release Test (PRT) brukt. PRT vurderer den posturale responsen på en plutselig forstyrrelse. Deltakerne ble bedt om å skyve bakover mot sensorens hender og gjenopprette balansen etter at sensor slipper hendene. Antall skritt som kreves for å gjenvinne balansen ble talt og den tilsvarende poengsummen ble registrert (0 = 1 trinn, 1 = 2-3 små skritt bakover med uavhengig restitusjon, 2 = ≥ 4 trinn med uavhengig restitusjon, 3 = trinn med assistanse for restitusjon , 4 = falle eller ikke kunne stå uten hjelp). For en detaljert beskrivelse av PRT, se Jacobs og kolleger. PRT-en viste høy test-retest-pålitelighet (ICC = .84) med en sensitivitet på 89 % og en spesifisitet på 85 %.

Spørreskjemaer:

Psykososiale funksjoner ble vurdert ved hjelp av flere spørreskjemaer. Global kognisjon ble testet ved hjelp av MMSE, som er en pålitelig test for å vurdere kognitiv funksjon som viser høy test-retest reliabilitet (r = .89). CDT og FAB-D ble brukt til å vurdere eksekutiv funksjon. Inter-rater-pålitelighet av CDT ble vist å være høy (IRR = 0,92) med sensitivitets- og spesifisitetsverdier på .50 og .84, hhv. Falls self-efficacy ble målt ved å bruke den tyske versjonen av FES-I. Denne testen har vist utmerket intern validitet (Cronbachs alfa = .96) og test-retest reliabilitet (r = 0,96) å vurdere nivået av frykt for å falle. For å vurdere helserelatert fysisk aktivitet, trening og mengden energiforbruk, ble FQoPA utført. Frey og medarbeidere viste at FQoPA-score korrelerer med maksimalt oksygenopptak, noe som indikerer høy validitet (r = .42).

Utforming av treningsintervensjonen:

Deltakerne ble stratifisert i tre intervensjonsgrupper basert på lik aldersfordeling og likt kjønnsforhold. Tildelingen av treningsprogrammet skjedde tilfeldig. Intervensjonsgruppe en gjennomførte en 'tradisjonell' maskinbasert motstandstrening (M-RT). Intervensjonsgruppe to (maskinbasert ustabilitetsmotstand - M-IRT) fulgte et lignende treningsprogram med treningsmaskiner, men med ekstra ustabile enheter plassert mellom henholdsvis deltaker og treningsmaskin eller gulv. Den tredje intervensjonsgruppen gjennomførte frivektstrening på ustabile enheter (F-IRT) ved å bruke manualer i stedet for treningsmaskiner. Alle intervensjonsgruppene trente i 10 uker, to ganger i uken på ikke sammenhengende dager i 60 min. Intervensjonsperioden på 10 uker besto av en ukes introduksjonsfase og tre store treningsblokker på tre uker hver. Treningsintensiteten ble gradvis og individuelt økt i løpet av det 10-ukers treningsprogrammet ved å modulere belastning og sett for alle grupper og nivå av ustabilitet for gruppe M-IRT og F-IRT. Etter uke én, fire og syv ble treningsbelastningen (vekten) økt etter 1RM (maksimalt én repetisjon – maksimal kraft som kan genereres innen én repetisjon) testing for hver øvelse. Siden belastningen på 1RM er for tung for utrente eldre, ble treningsbelastningen beregnet ved å bruke prediksjonsligningen levert av Epley, som viser 0,03 % avvik av faktisk oppnådd 1RM i knebøy med en korrelasjon på .97. Instruktører sørget for at repetisjoner ikke oversteg 15-20, fordi 1RM predikasjonsnøyaktighet er høyere med færre repetisjoner. Trening under ustabile forhold, spesielt med ekstra vekt, innebærer en viss grad av ulykkesrisiko. Derfor ble alle ustabilitetsøvelser sikret av instruktører og tilleggshjelpemidler som bokser. Treningen har vært veiledet av dyktige instruktører. For de to første ukene var forholdet mellom deltaker og instruktør 5:1, etterpå 10:1.

Siden effektiviteten av motstandstrening for å forhindre fall har blitt rapportert ofte, fungerte intervensjonsgruppe en (M-RT) som en aktiv kontrollgruppe. I en studie av Orr og medarbeidere viste deltakere med sammenlignbare baseline-karakteristikker signifikant høyere behandlingseffekt sammenlignet med en passiv kontrollgruppe (p < 0,001). Siden målet med studien var å sammenligne en ikke-testet intervensjon (IRT) og en effektiv behandling (RT), bestemte etterforskerne seg for å implementere en aktiv i stedet for en passiv kontrollgruppedesign.

Intervensjonsprogram:

Alle tre intervensjonsgruppene gjennomførte et motstandstreningsprogram bestående av tre hovedøvelser, en oppvarmings- og nedkjølingsfase. Deltakerne utførte 10 min lavintensiv tråkk på en trapp som en kort oppvarming i begynnelsen av hver treningsøkt. Kjernedelen av intervensjonsøvelsene fokuserte på å styrke beinforlengelsesmusklene. Derfor ble knebøy-bevegelser valgt, som anbefalt av Flanagan og kolleger. M-RT- og M-IRT-gruppene utførte knebøy på en Smith-maskin, og festet vektstangen på hoftenivå. Pilottesting avslørte at skulder- og korsryggmobilitet hos eldre var for begrenset til å feste vektstangen på skuldrene. I tillegg brukte M-IRT-gruppen ustabilitetsenheter (f.eks. BOSU baller, wobble boards, oppblåsbare skiver) plassert under føttene. Ustabilitetsenheter ble også brukt i F-IRT-gruppen, men de utførte knebøyen med manualer i stedet for vektstang. Som en sekundær benforlengelsesøvelse ble benpress for M-RT og M-IRT (ved bruk av ustabilitetsenheter satt mellom føttene og fotplaten) valgt. Frontutfall (med manualer) ble brukt som sekundærøvelse av F-IRT-gruppen. For å styrke kjernen ble bridgeøvelsen innlemmet i treningsprogrammet. Igjen brukte gruppe M-IRT og F-IRT ustabilitetsenheter plassert under skulderen og føttene i tillegg.

Statistikk:

En a priori effektanalyse ved bruk av G*Power 3.1 med en antatt type I-feil på 0,05 og en type II-feil på 0,10 (90 % statistisk kraft) ble beregnet for å bestemme en passende prøvestørrelse for å oppnå statistisk signifikante interaksjonseffekter. Beregningene var basert på en studie som vurderte effektene av styrketrening i kjerneinstabilitet hos eldre voksne. Analysen avdekket nødvendigheten av 54 deltakere (18 per gruppe) for å oppnå medium (.24 ≤ f ≤ .39) "tid x gruppe" interaksjonseffekter. Med tanke på sannsynligheten for frafall bestemte vi oss for å rekruttere mer enn 66 deltakere for å kompensere et mulig frafall på 20 %.

Før hovedanalysen ble normalfordelingen testet med Kolmogorov-Smirnov-testene for hver avhengig variabel. I tillegg ble Levenes test for varianslikhet gjennomført. Vi testet baseline forskjeller mellom grupper med en enveis ANOVA eller en Kruskal-Wallis test avhengig av distribusjon og homogenitet. For å teste hypotesen ble det beregnet en 3 (gruppe: M-RT, M-IRT & F-IRT) x 2 (tid: pre- og post-test) ANOVA, med gjentatte mål på tid. Ved brudd på distribusjon eller homogenitet ble ikke-parametriske Friedman- og Kruskal-Wallis-tester beregnet for å kontrollere resultater av parametriske tester og for ikke-parametriske variabler. Hvis forskjeller ble oppdaget, ble ikke-parametriske resultater uttrykt. Fordi Bonferroni-korreksjon for flere sammenligninger har blitt funnet for konservativ, ble Ryan-Holm-Bonferroni justerte post-hoc tester brukt for å analysere signifikante "tid x gruppe" interaksjoner eller tendenser (.051 ≤ p < .10). Uavhengige t-tester eller Mann Whitney-U ble brukt for å identifisere forskjeller mellom grupper. Ryan-Holm-Bonferroni korrigerte p-verdier ble rapportert. I tillegg ble forskjeller i absolutt treningsintensitet innenfor siste treningsblokk analysert. Dermed ble treningsbelastningen til knebøybevegelsene, som var felles for alle gruppene, brukt. Forskjeller ble beregnet ved hjelp av en enveis ANOVA. Avhengig av distribusjon og homogenitet ble Ryan-Holm-Bonferroni justerte post-hoc-tester (uavhengig t-test eller Mann Whitney-U) beregnet for å oppdage forskjeller mellom grupper. Endringer for alle variabler innenfor grupper ble beregnet med formelen ∆% = ((Meanpre / Meanpost) - 1) x 100. Effektstørrelsen for ANOVAs ble bestemt ved å beregne Cohens f. Etter Cohen, f-verdier ≤ .24 indikerer små effekter, .25 ≤ f ≤ .39 angir middels effekter og f ≥ ,40 indikerer store effekter. For post-hoc tester ble Cohens d beregnet. Etter Cohen, d-verdier ≤ .49 indikerer små effekter, .50 ≤ d ≤ 0,79 indikerer middels effekter og d ≥ .80 indikerer store effekter. Signifikansnivået ble satt til α = 5 %. Alle analyser ble utført ved bruk av SPSS versjon 21.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).