The role of impact loading on artery adaptations and the effect of muscle unloading on local blood supply and exercise tolerance

Weber, Tobias (2013) The role of impact loading on artery adaptations and the effect of muscle unloading on local blood supply and exercise tolerance. Dissertation thesis, Deutsche Sporthochschule Köln.

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Kurzfassung

Hintergrund: Es ist bekannt, dass Muskelentlastung oder (Ausdauer-) Training die Struktur und Funktion von Gefäßen direkt beeinflussen und unter anderem durch diesen Effekt direkten Einfluss auf kardiovaskuläre Risikofaktoren nehmen können. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind bisher allerdings nicht gänzlich bekannt. Klar ist, dass insbesondere Endothelzellen und die glatte Muskulatur der Arterien auf mechanische Belastung reagieren. Als mögliche Ursache für diese mechanische Belastung wurden bisher ausschließlich intrinsische hämodynamische Größen in Betracht gezogen. Dieser Ansatz erscheint allerdings nicht komplett da es in Anbetracht unseres Schwerkraftumfeldes auf der Erde zu einer erheblichen Anzahl von Aufschlägen kommen muss, durch die (Körper-) Masse beschleunigt wird. Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Arbeit besteht daher darin herauszufinden ob diese Art der Massebeschleunigungen, während Muskelentlastung und Training, für die Adaptation von Arterien von Bedeutung sind. Darüber hinaus stellt die Beziehung zwischen arteriellem Blutfluss, Muskelperfusion und dynamischer Muskelermüdung nach längerer Muskelentlastung ein zentrales Thema dieser Arbeit dar. Methoden: Es wurden zwei klinische Interventionsstudien durchgeführt. 11 gesunde männliche Probanden nahmen an der HEP-Studie teil. Im Rahmen dieser Studie wurde die Wadenmuskulatur der Probanden für 56 Tage mit einer neuartigen Orthese (HEPHAISTOS) entlastet, ohne dass dabei der Einfluss von Schwerkraft-induzierten Massebeschleunigungen verändert wurde. Die EVE-Studie wurde durchgeführt um die Effekte von konventionellem Krafttraining und zusätzlichen Ganzkörpervibrationen auf die Anpassung von Arterien zu untersuchen. Dabei nahmen 26 gesunde männliche Probanden teil, die entweder ein 6-wöchiges konventionelles Krafttraining oder Krafttraining mit zusätzlichen Vibrationen absolvierten. Zu den zentralen Messmethoden gehörten Ultraschallmessungen, die in beiden Studien durchgeführt wurden um sowohl strukturelle als auch funktionelle Arterienparameter zu erfassen. Darüber hinaus wurden im Rahmen der HEP-Studie Muskelbiopsien entnommen um morphologische Veränderungen der entlasteten Muskulatur zu erfassen. Außerdem wurden Nah-Infrarot spektroskopische Messungen durchgeführt um die Sauerstoffsättigung der Muskulatur während Muskelarbeit, vor und nach der Entlastung zu bestimmen. Ergebnisse: Die Muskelentlastung mit der HEPHAISTOS-Orthese führte zu einer signifikanten Abnahme des Lumens der Femoralarterie, wobei Gefäßwand und Endothelfunktion unverändert blieben. Obwohl sich die Größe der Femoralarterie und die Größe des entlasteten Soleus-Muskels signifikant verringerten, hatte dies keinen Einfluss auf Blutfluss, Sauerstoffsättigung und Ermüdbarkeit. Durch die Trainingsintervention in der EVE-Studie kam es zu einer signifikanten Vergrößerung des Lumens der Femoralarterie und zu einer Abnahme der Gefäßwanddicke der Arteria Carotis, wobei die applizierten Ganzkörpervibrationen keinen zusätzlichen Effekt hatten. Schlussfolgerung: Beide Studien zeigen, dass Muskelarbeit und damit intrinsische hämodynamische Kräfte einen wesentlichen Einfluss auf strukturelle und funktionelle Arterienanpassung haben. Dennoch scheinen Schwerkraft-induzierte Massebeschleunigungen einen Effekt auf Anpassungen der Arterienwanddicke und der Endothelfunktion zu haben, womit sie einen direkten Einfluss auf Parameter für kardiovaskuläres Risiko hätten. Außerdem wurde gezeigt, dass sich Blutfluss und Sauerstoffsättigung während Muskelarbeit, nach längerer Muskelentlastung nicht ändern, was wiederum die unveränderte dynamische Muskelermüdung erklären würde. Abstract / Zusammenfassung (Englisch) Background: Evidence suggests that muscle disuse and exercise training have direct vascular (de-) conditioning effects that can modify cardiovascular risk. The underlying mechanisms, however, are to date not entirely understood. It is clear that particularly arteries adapt to changes of mechanical stress that may predominantly act on endothelial cells (ECs) or vascular smooth muscle cells (VSMCs). Nonetheless, not all potential sources for mechanical stress have been considered yet as previous research basically investigated the conditioning effects of intrinsic hemodynamic forces. Given the gravitational environment on earth, the present thesis sought therefore to investigate the impact of gravity-induced impact loading, provoking mass accelerations, on arterial adaptations in conditions associated with exercise training and muscle disuse. Moreover, the relationship between local arterial blood flow, muscle perfusion and dynamic exercise tolerance after prolonged local muscle disuse constitutes a major topic of the present thesis, as to date no study has ever elaborated on this. Methods: Two clinical interventional studies have been carried out. Within the scope of the HEP-study, 11 healthy male subjects wore a new orthotic device (HEPHAISTOS) for 56 days to unilaterally unload the calf muscles without changing the impact of gravitational loading. The EVE-study has been conducted to study the effects of whole body vibrations (WBV) if combined with conventional resistive exercise. 26 healthy male subjects were recruited and assigned to either a resistive exercise group or a resistive vibration exercise group that performed a 6 week training intervention. Major endpoint measurements for both studies encompassed structural and functional arterial parameters as measured with sonography. In addition, soleus muscle morphology and tissue oxygenation have been assessed in the HEP study using soleus muscle biopsies and near infrared spectroscopy, respectively. Results: Muscle unloading with the HEPHAISTOS orthosis led to distinct decreases of superficial femoral artery (SFA) calibers, while wall thickness and endothelial function remained unaffected. Although muscle size and arterial calibers significantly decreased, functional exercise blood flow, tissue oxygenation and exercise tolerance did not change after the intervention. During the EVE-study, SFA calibers increased significantly and carotid artery wall thickness decreased significantly in response to resistive exercise while superposition of WBV did not reveal an additional effect.

Typ des Eintrags:Hochschulschrift (Dissertation)
Themengebiete:A Allgemeines > AC Alle Werke
ID-Code:404
Hinterlegt von:Herr Tobias Weber
Hinterlegt am:25 Nov 2013 12:11
Letzte Änderung:25 Nov 2013 12:11

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