Training und Therapie

Zu den Effekten von Vibrationen und Stochastischer Resonanz in Training und Therapie

von Prof. Dr. Dietmar Schmidtbleicher, Dr. Christian T. Haas

Grundlagen

Innerhalb des letzten Jahrzehnts ist ein starker Zuwachs und vermehrter Einsatz an vibrationsgestützten Trainingsmitteln sowohl im Bereich des leistungssportlichen Trainings als auch in der Prävention und Rehabilitation zu verzeichnen. Die in der wissenschaftlichen Literatur und vor allem in den öffentlichen Medien zu findenden Zielstellungen und nachhaltig beworbenen Potenziale sind vielfältig und reichen von Entspannungsvorgängen über eine verbesserte Beweglichkeit bis hin zu einem „anstrengungsfreien“ und „beschleunigten“ Muskelaufbau und Kraftzuwachs [1]. Im Mittelpunkt häufig zu findender physiologischer Argumentationen steht die Erzeugung einer muskulären Reflex­antwort als Folge der Vibrationsapplikation. Erstmalig beschrieben wurde dieses Phänomen bereits 1966 von Matthews [2] sowie ­Hagbarth und Eklund [3] als Tonic-Vibration-­Reflex (TVR).
Ferner werden diverse biochemische Vorgänge – z.?B. die Freisetzung von Wachstums­hormonen – als leistungsfördernde Effekte vor allem für ein vibrationsgestütztes Krafttraining angeführt. Ein wesentlich komplexeres Beziehungsgefüge bildet sich jedoch heraus, das keineswegs als eine einfache Reiz-Reaktionsfunktion zu verstehen ist, wenn man sich intensiver mit dem Themenfeld auseinandersetzt und Untersuchungsdaten aus ­unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen mit einbezieht. So konnten bspw. ­Hagbarth und Mitarbeiter [4] zeigen, dass die Höhe des Reflexoutputs des TVR selbst unter hochgradig standardisierten Bedingungen stark interindividuell variiert. McCall und Mit­arbeiter [5] beschreiben ebenfalls beträchtliche nichtlineare biochemische Funktionen von Vibrationseinwirkungen. Erfolgte eine Vibrationsapplikation am M. tibialis anterior, so konnte ein Anstieg von BGH (bioassayable growth hormone) um 94?% identifiziert ­werden, während die gleiche Reizeinwirkung am Antagonisten eine Reduktion von 22?% bewirkte. Erklärbar sind diese Effekte u.?a. dadurch, dass der Mensch – mechanisch ­betrachtet – ein mehrfach gekoppeltes Feder-Massen-System darstellt, wodurch sich ­frequenzsensitive Filterfunktionen und Kopplungsvorgängen ergeben [1].
In der Praxis bedeutet dies, dass ein Vibrations­reiz, der z.?B. über die Füße mit einer bestimmten Frequenz eingeleitet wird, nicht unbedingt unverändert – d.?h. mit den gleichen Energie- und Frequenzanteilen – am gewünschten Zielort, z.?B. am M. glutaeus maximus, ankommt und dort die gewünschten Effekte auslöst. Erschwert wird die Einordnung und Beurteilung physiologischer Reaktionen von Vibrationseinwirkungen ferner dadurch, dass bereits eine geringe Veränderung der Stimulationsparameter zu erheblichen Veränderungen in den physiologischen und motorischen Effekten führen kann. So zeigten Tanaka und Co-Autoren [6] in einer tierexperimentellen Studie, dass Stoffwechselprozesse des Knochens um bis zu 390?% ­erhöht sind, wenn die Trägerfrequenz der Stimulation mit Rauschanteilen überlagert wird.

Potenziale und Risiken

Die physiologischen Folgen der Einwirkung von Vibrationen auf den Menschen sind ­extrem zahlreich und unterschiedlich und ­bedürfen dementsprechend einer sehr präzisen und zielgruppenspezifischen Analyse [1]. Einfache Rückschlüsse im Sinne einer generellen positiven physiologischen Reaktion – wie die „Freisetzung von ‚Glückshormonen’“ – durch eine „irgendwie geartete“ Vibrationsapplikation sind nicht zulässig. Ferner ist die Tabuisierung von Risiken – so können bspw. durch gleichförmige hochfrequenten Vibrationseinwirkungen sensorische Defizite und kinästhetische Illusion entstehen – äußerst kritisch, da hierdurch auch durchaus bestehende positive Wirkungsweisen in Mitleidenschaft gezogen werden [1].
Die primären Potenziale von Vibrationsreizen liegen unseren Erachtens vor allem im Bereich der Prävention und Rehabilitation (s.?u.).
Bezug nehmend auf leistungssportliche Zielstellungen ist es jedoch nicht zutreffend, entgegen der häufig zu findenden Aussagen, dass ein vibrationsgestütztes Krafttraining einem konventionellen Training überlegen wäre. Ein kompletter Ersatz konventioneller Trainingsabläufe erscheint ebenso ausgeschlossen. Gleichwohl kann ein vibrationsgestütztes Vorgehen auch im Leistungssport wichtige Funktion erfüllen, vor allem im Hinblick auf ein koordinatives Ergänzungstraining [1].

Prävention, Rehabilitation und Stochastische Resonanz

Defizite in der willkürlichen muskulären ­Aktivierungsfähigkeit sind ein zentrales Merkmal verschiedener neurologischer wie auch orthopädischer Krankheitsbilder und Traumata. Infolgedessen sind auch zahlreiche Trainings- und Therapiemaßnahmen nicht oder nur sehr eingeschränkt durchführbar und die jeweiligen Erfolge dementsprechend begrenzt. Durch die Applikation von Vibrationsreizen besteht die Möglichkeit, muskuläre Reflexantworten zu generieren und Trainingslücken somit zu schließen. In diesem Kontext kommt dem Phänomen der Stochastischen Resonanz eine zentrale Bedeutung zu [7]. Stochastische Resonanz (SR) ist ein nicht­linearer Funktionsmechanismus, der dadurch gekennzeichnet ist, dass ein schwaches, repetitives Signal von Stör- und Rauscheinflüssen („Noise“) überlagert wird, mit der Folge, dass dieser Stimulus einfacher erfasst und ver­arbeitet werden kann. Die zugrunde liegenden mathematischen Algorithmen sind äußerst robust und gut beschrieben. Aus ­physiologischer Sicht bildet ein natürliches Grundrauschen, das sowohl im Nervensystem als auch im Knochenstoffwechsel vorhanden ist, die funktionelle Basis eines Stoch­astischen-Resonanz-Trainings. In zahlreichen Studien, z.?B. mit Schlaganfallpatienten, Patienten mit diabetischer Neuropathie, gesunden älteren Personen etc. konnte gezeigt werden, dass ein SR-Signal gegenüber einem harmonischen Sinussignal signifikant früher detektiert und verarbeitet wird [7]. Von Vorteil ist diese Funktionalität einerseits vor dem Hintergrund, dass man in der Rehabilitation nicht mit beliebig energiereichen Signalen (hohe Amplituden bzw. hohe Frequenzen) arbeiten kann, ohne die Gefahr einer Schädigung des Patienten zu haben. Stochastische Signal­anteile ermöglichen hingegen überschwellige neuromuskuläre Aktivierungen auch bei niederenergetischer Stimulation [7].
Andererseits fördert der variable Signalanteil auch das Inter- und Extrapolationspotenzial, d.?h. eine möglichst gute Anpassung der neuromuskulären Aktion an neue Anforderungen und Situationen durch die Kenntnis zahlreicher unterschiedlicher Referenzwerte [7, 8]. Im Detail äußert sich dies u. a. in einer verbesserten Gleichgewichtsregulation und Geh­fähigkeit, z.?B. bei M. Parkinson und Multipler Sklerose oder nach einer Kreuzbandruptur [7].
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Vibrationsreize als adäquates Trainingsmittel für spezifische Zielstellungen eingesetzt ­werden können, sofern eine gewissenhafte Auswahl der Reizkonfiguration erfolgt.

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http://www.medicalsportsnetwork.de/medical/6720