TY - THES A1 - Lacroix, André T1 - Factors influencing the effectiveness of balance and resistance training in older adults T1 - Effektivität von Gleichgewichts- und Krafttraining bei älteren Menschen: beeinflussende Faktoren N2 - Hintergrund und Ziele: Altersbedingte Kraft- und Gleichgewichtsverluste sind mit Funktionseinschränkungen und einem erhöhten Sturzrisiko assoziiert. Kraft- und Gleichgewichtstraining haben das Potenzial, das Gleichgewicht und die Maximalkraft/Schnellkraft von gesunden älteren Menschen zu verbessern. Es ist jedoch noch nicht hinreichend untersucht, wie die Effektivität solcher Übungsprogramme von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. Hierzu gehören die Rolle der Rumpfmuskulatur, die Effekte von kombiniertem Kraft- und Gleichgewichtstraining sowie die Effekte der Trainingsanleitung. Die primären Ziele dieser Dissertation bestehen daher in der Überprüfung der Zusammenhänge von Rumpfkraft und Gleichgewichtsvariablen und der Effekte von kombiniertem Kraft- und Gleichgewichtstraining auf ein breites Spektrum an intrinsischen Sturzrisikofaktoren bei älteren Menschen. Ein wesentliches Ziel dieser Dissertation ist zudem die Überprüfung der Auswirkungen von angeleitetem gegenüber unangeleitetem Kraft- und/oder Gleichgewichtstraining auf Variablen des Gleichgewichts und der Maximal-/Schnellkraft bei älteren Menschen. Methoden: Gesunde ältere Erwachsene im Alter zwischen 63 und 80 Jahren wurden in einer Querschnittsstudie, einer Längsschnittstudie und einer Metaanalyse untersucht (Gruppenmittelwerte Meta-Analyse: 65.3-81.1 Jahre). Messungen des Gleichgewichts (statisches/dynamisches, proaktives, reaktives Gleichgewicht) wurden mittels klinischer (z. B. Romberg Test) und instrumentierter Tests (z. B. 10 Meter Gangtest inklusive elektrischer Erfassung von Gangparametern) durchgeführt. Die isometrische Maximalkraft der Rumpfmuskulatur wurde mit speziellen Rumpfkraft-Maschinen gemessen. Für die Überprüfung der dynamischen Maximal-/Schnellkraft der unteren Extremität wurden klinische Tests (z. B. Chair Stand Test) verwendet. Weiterhin wurde ein kombiniertes Kraft- und Gleichgewichtstraining durchgeführt, um trainingsbedingte Effekte auf Gleichgewicht und Maximal-/Schnellkraft sowie die Effekte der Trainingsanleitung bei älteren Erwachsenen zu untersuchen. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigten signifikante Korrelationen zwischen Rumpfkraft und statischem sowie ausgewählten Parametern des dynamischen Gleichgewichts (0.42 ≤ r ≤ 0.57). Kombiniertes Kraft- und Gleichgewichtstraining verbesserte das statische/dynamische (z. B. Romberg Test, Ganggeschwindigkeit), proaktive (z. B. Timed Up und Go Test) und reaktive Gleichgewicht (z. B. Push and Release Test) sowie die Maximal-/Schnellkraft (z. B. Chair Stand Test) von gesunden älteren Menschen (0.62 ≤ Cohen’s d ≤ 2.86; alle p < 0.05). Angeleitetes Training führte verglichen mit unangeleitetem Training zu größeren Effekten bei Gleichgewicht und Maximal-/Schnellkraft [Längsschnittstudie: Effekte in der angeleiteten Gruppe 0.26 ≤ d ≤ 2.86, Effekte in der unangeleiteten Gruppe 0.06 ≤ d ≤ 2.30; Metaanalyse: alle Standardisierte Mittelwertdifferenzen (SMDbs) zugunsten der angeleiteten Programme 0.24-0.53]. Die Metaanalyse zeigte zudem größere Effekte zugunsten der angeleiteten Programme, wenn diese mit komplett unbeaufsichtigten Programmen verglichen wurden (0.28 ≤ SMDbs ≤ 1.24). Diese Effekte zugunsten der angeleiteten Interventionen wurden jedoch abgeschwächt, wenn sie mit unangeleiteten Interventionen verglichen wurden, die wenige zusätzliche angeleitete Einheiten integrierten (−0.06 ≤ SMDbs ≤ 0.41). Schlussfolgerungen: Eine Aufnahme von Rumpfkraftübungen in sturzpräventive Trainingsprogramme für ältere Menschen könnte die Verbesserung von Gleichgewichtsparametern positiv beeinflussen. Die positiven Effekte auf eine Vielzahl wichtiger intrinsischer Sturzrisikofaktoren (z. B. Gleichgewichts-, Kraftdefizite) implizieren, dass besonders die Kombination aus Kraft- und Gleichgewichtstraining eine durchführbare und effektive sturzpräventive Intervention ist. Aufgrund größerer Effekte von angeleitetem im Vergleich zu unangeleitetem Training sollten angeleitete Einheiten in sturzpräventive Übungsprogramme für ältere Erwachsene integriert werden. N2 - Background and objectives: Age-related losses of lower extremity muscle strength/power and deficits in static and particularly dynamic balance are associated with impaired functional performance and the occurrence of falls. It has been shown that balance and resistance training have the potential to improve balance and muscle strength in healthy older adults. However, it is still open to debate how the effectiveness of balance and resistance training in older adults is influenced by different factors. This includes the role of trunk muscle strength, the comprehensive effects of combined balance and resistance training, and the role of exercise supervision. Therefore, the primary objectives of this doctoral thesis are to investigate the relationship between trunk muscle strength and balance performance and to examine the effects of an expert-based balance and resistance training protocol on various measures of balance and lower extremity muscle strength/power in older adults. Furthermore, the impact of supervised versus unsupervised balance and/or resistance training interventions in the elderly will be evaluated. Methods: Healthy older adults aged 63-80 years were included in a cross-sectional study, a longitudinal study, and a meta-analysis (range group means meta-analysis: 65.3-81.1 years) registering balance and muscle strength/power performance. Different measures of balance (i.e., static/dynamic, proactive, reactive) were examined using clinical (e.g., Romberg test) and instrumented tests (e.g., 10 meter walking test on a sensor-equipped walkway). Isometric strength of the trunk muscles was assessed using instrumented trunk muscle strength apparatus and lower extremity dynamic muscle strength/power was examined using clinical tests (e.g., Chair Stand Test). Further, a combined balance and resistance training protocol was applied to examine training-induced effects on balance and muscle strength/power as well as the role of supervision in older adults. Results: Findings revealed that measures of trunk muscle strength and static steady-state balance as well as specific measures of dynamic steady-state balance were significantly associated in the elderly (0.42 ≤ r ≤ 0.57). Combined balance and resistance training significantly improved older adults' static/dynamic steady-state (e.g., Romberg test; habitual gait speed), pro-active (e.g., Timed Up and Go Test), and reactive balance (e.g., Push and Release Test) as well as muscle strength/power (e.g., Chair Stand Test) (0.62 ≤ Cohen’s d ≤ 2.86; all p < 0.05). Supervised compared to unsupervised balance and/or resistance training was superior in enhancing older adults' balance and muscle strength/power performance regarding all observed outcome categories [longitudinal study: effects for the supervised group 0.26 ≤ d ≤ 2.86, effects for the unsupervised group 0.06 ≤ d ≤ 2.30; meta-analysis: all between-subject standardized mean differences (SMDbs) in favor of the supervised training programs 0.24-0.53]. The meta-analysis additionally showed larger effects in favor of supervised interventions when compared to completely unsupervised interventions (0.28 ≤ SMDbs ≤ 1.24). These effects in favor of the supervised programs faded when compared with studies that implemented a small amount of supervised sessions in their unsupervised interventions (−0.06 ≤ SMDbs ≤ 0.41). Conclusions: Trunk muscle strength is associated with steady-state balance performance and may therefore be integrated in fall-preventive exercise interventions for older adults. The examined positive effects on a large number of important intrinsic fall risk factors (e.g., balance deficits, muscle weakness) imply that particularly the combination of balance and resistance training appears to be a feasible and effective exercise intervention for fall prevention. Owing to the beneficial effects of supervised compared to unsupervised interventions, supervised sessions should be integrated in fall-preventive balance and/or resistance training programs for older adults. KW - Senioren KW - Gleichgewicht KW - Maximalkraft/Schnellkraft KW - Rumpfkraft KW - Gleichgewichtstraining KW - Krafttraining KW - Übungsanleitung KW - elderly KW - balance KW - lower extremity muscle strength/power KW - trunk muscle strength KW - balance training KW - resistance training KW - exercise supervision Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-411826 ER - TY - THES A1 - Gebel, Arnd T1 - Postural control in youth: From performance to neural correlates T1 - Die posturale Kontrolle von Kindern und Jugendlichen: Von Gleichgewichtsleistung zu neuronalen Korrelaten N2 - Background and objectives: The intricate interdependencies between the musculoskeletal and neural systems build the foundation for postural control in humans, which is a prerequisite for successful performance of daily and sports-specific activities. Balance training (BT) is a well-established training method to improve postural control and its components (i.e., static/dynamic steady-state, reactive, proactive balance). The effects of BT have been studied in adult and youth populations, but were systematically and comprehensively assessed only in young and old adults. Additionally, when taking a closer look at established recommendations for BT modalities (e.g., training period, frequency, volume), standardized means to assess and control the progressive increase in exercise intensity are missing. Considering that postural control is primarily neuronally driven, intensity is not easy to quantify. In this context, a measure of balance task difficulty (BTD) appears to be an auspicious alternative as a training modality to monitor BT and control training progression. However, it remains unclear how a systematic increase in BTD affects balance performance and neurophysiological outcomes. Therefore, the primary objectives of the present thesis were to systematically and comprehensively assess the effects of BT on balance performance in healthy youth and establish dose-response relationships for an adolescent population. Additionally, this thesis aimed to investigate the effects of a graded increase in BTD on balance performance (i.e., postural sway) and neurophysiological outcomes (i.e, leg muscle activity, leg muscle coactivation, cortical activity) in adolescents. Methods: Initially, a systematic review and meta-analysis on the effects of BT on balance performance in youth was conducted per the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analysis statement guidelines. Following this complementary analysis, thirteen healthy adolescents (3 female/ 10 male) aged 16-17 years were enrolled for two cross-sectional studies. The participants executed bipedal balance tasks on a multidirectional balance board that allowed six gradually increasing levels of BTD by narrowing the balance boards’ base of support. During task performance, two pressure sensitive mats fixed on the balance board recorded postural sway. Leg muscle activity and leg muscle coactivation were assessed via electromyography while electroencephalography was used to monitor cortical activity. Results: Findings from the systematic review and meta-analysis indicated moderate-to-large effects of BT on static and dynamic balance performance in youth (static: weighted mean standardized mean differences [SMDwm] = 0.71; dynamic: SMDwm = 1.03). In adolescents, training-induced effects were moderate and large for static (SMDwm = 0.61) and dynamic (SMDwm = 0.86) balance performance, respectively. Independently (i.e. modality-specific) calculated dose-response relationships identified a training period of 12 weeks, a frequency of two training sessions per week, a total of 24-36 sessions, a duration of 4-15 minutes, and a total duration of 31-60 minutes as the training modalities with the largest effect on overall balance performance in adolescents. However, the implemented meta-regression indicated that none of these training modalities (R² = 0%) could predict the observed performance-increasing effects of BT. Results from the first cross-sectional study revealed that a gradually increasing level of BTD caused increases in postural sway (p < 0.001; d = 6.36), higher leg muscle activity (p < 0.001; 2.19 < d < 4.88), and higher leg muscle coactivation (p < 0.001; 1.32 < d < 1.41). Increases in postural sway and leg muscle activity were mainly observed during low and high levels of task difficulty during continuous performance of the respective balance task. Results from the second cross-sectional study indicated frequency-specific increases/decreases in cortical activity of different brain areas (p < 0.005; 0.92 < d < 1.80) as a function of BTD. Higher cortical activity within the theta frequency band in the frontal and central right brain areas was observed with increasing postural demands. Concomitantly, activity in the alpha-2 frequency band was attenuated in parietal brain areas. Conclusion: BT is an effective method to increase static and dynamic balance performance and, thus, improve postural control in healthy youth populations. However, none of the reported training modalities (i.e., training period, frequency, volume) could explain the effects on balance performance. Furthermore, a gradually increasing level of task difficulty resulted in increases in postural sway, leg muscle activity, and coactivation. Frequency and brain area-specific increases/decreases in cortical activity emphasize the involvement of frontoparietal brain areas in regulatory processes of postural control dependent on BTD. Overall, it appears that increasing BTD can be easily accomplished by narrowing the base of support. Since valid methods to assess and quantify BT intensity do not exist, increasing BTD appears to be a very useful candidate to implement and monitor progression in BT programs in healthy adolescents. N2 - Hintergrund und Ziele: Die postural Kontrolle des Menschen basiert auf der komplexen Interaktion von muskuloskelettalem und neuralem System. Gleichzeitig bildet sie eine Grund-voraussetzung für die erfolgreiche Ausführung von sport-spezifischen Aktivitäten sowie denen des täglichen Lebens. Das Gleichgewichtstraining ist eine gut etablierte Trainingsmetho-de, welche der Verbesserung der posturalen Kontrolle und seiner Komponenten (statisch/dynamisch-kontinuierliches, reaktives, proaktives Gleichgewicht) dient. Die Effekte dieser Trainingsmethode wurden bereits bei gesunden jungen und älteren Erwachsenen sys-tematisch untersucht, wurde aber bisher bei Kindern und Jugendlichen versäumt. Bei genauerer Betrachtung der gängigen Trainingsempfehlungen zur Ausgestaltung der Trainingsvariablen (z.B., Dauer, Frequenz, Umfang) für das Gleichgewichtstraining fällt auf, dass momentan keine standardisierte Methode existiert, welche es ermöglicht die Intensität des Gleichgewichtstrainings zu erfassen. Da die posturale Kontrolle primär neuronal gesteuert ist, lässt sich die Intensität einzelner Gleichgewichtsübungen bzw. eines ganzen Trainings schwer bestimmen. Der Schwierigkeitsgrad einer Gleichgewichtsaufgabe könnte daher eine aussichtsreiche Alternative als Trainingsvariable zur Steuerung der Trainingsbelastung im Rahmen des Gleichgewichtstrainings sein. Bisher ist jedoch unklar wie sich eine graduelle Steigerung der Aufgabenschwierigkeit auf die Gleichgewichtsleistung sowie neurophysiologische Parameter auswirkt. Das primäre Ziel dieser Doktorarbeit ist es daher, die Effekte des Gleichgewichtstrainings auf die Gleichgewichtsleistung von gesunden Kindern und Jugendlichen systematisch zu untersuchen und zu aggregieren sowie entsprechende Dosis-Wirkungs-Verhältnisse für Jugendliche herauszuarbeiten. Des Weiteren soll der Einfluss einer graduellen Steigerung des Schwierigkeitsgrades einer Gleichgewichtsaufgabe auf die Gleichgewichtsleistung (d.h., posturale Schwankung) sowie neurophysiologische Parameter (d.h., Aktivität und Koaktivität der Beinmuskulatur, kortikale Aktivität) von Jugendlichen untersucht werden. Methoden: Zu Beginn wurde ein systematischer Überblicksbeitrag mit Meta-Analyse angefertigt, welcher, basierend auf den PRISMA Richtlinien, die Effekte des Gleichgewichtstrainings auf die Gleichgewichtsleistung von Kindern und Jugendlichen zusammenfasste und quantifizierte. Im Anschluss an diese Übersichtsarbeit wurden zwei Querschnittsuntersuchungen durchgeführt. An beiden Untersuchungen nahmen 13 gesunde Jugendliche im Alter von 16 – 17 Jahren (3 weiblich/ 10 männlich) teil. Im Rahmen der experimentellen Untersuchung führten die Jugendlichen eine Gleichgewichtsaufgabe in bipedalem Stand auf einem multidirektionalen Balance Board aus. Der Schwierigkeitsgrad der Gleichgewichtsaufgabe wurde hierbei mittels Verkleinerung der Unterstützungsfläche des Balance Boards über sechs Stufen graduell gesteigert. Während der Aufgabenausführung wurde die posturale Schwankung mittels zweier drucksensitiver Messmatten erfasst. Die Beinmuskelaktivität und -koaktivität sowie die kortikale Aktivität wurden mittels Elektromyographie beziehungsweise Elektroenzephalographie aufgenommen. Ergebnisse: Insgesamt hat Gleichgewichtstraining einen moderaten bis großen Einfluss auf die statische und dynamische Gleichgewichtsleistung von Kindern und Jugendlichen (statisch: gewichtete mittlere standardisierte Mittelwertsdifferenz [SMDwm] = 0,71; dynamisch: SMDwm = 1,03). Eine altersspezifische Subgruppenanalyse für Jugendliche wies mittlere Trainingseffekte für das statische (SMDwm = 0,61) sowie große für das dynamische Gleich-gewicht (SMDwm = 0,86) aus. Unabhängig (d.h., für jede Trainingsvariable spezifisch) berechnete Dosis-Wirkungs-Beziehungen zeigten, dass eine Interventionsdauer von 12 Wochen, eine Trainingsfrequenz von zwei Einheiten pro Woche, eine Anzahl von 24 – 36 Trainings-einheiten, eine Dauer von 4 – 15 Minuten pro Einheit sowie eine wöchentliche Gesamttrainingszeit von 31 – 60 Minuten den größten Einfluss auf die Gleichgewichtsleistung von Jugendlichen hatten. Die zusätzlich durchgeführte Metaregression zeigte, dass keine der untersuchten Trainingsvariablen (R² = 0%) die leistungssteigernden Effekte des Gleichgewichtstrainings vorhersagen konnte. In Bezug auf die Daten der ersten Querschnittsstudie ergab die statistische Analyse, dass ein gradueller Anstieg des Schwierigkeitsgrades der Gleichgewichtsaufgabe zu einem Anstieg der posturalen Schwankungen (p < 0,001; d = 6,36), höherer Aktivität der Beinmuskulatur (p < 0,001; 2,19 < d < 4,88) sowie höherer Koaktivität der Beinmuskulatur (p < 0,001; 1,32 < d < 1,41). Während der Ausführung der Gleichgewichtsaufgabe mit ansteigendem Schwierig-keitsgrad war die Zunahme der posturalen Schwankungen und der Aktivität der Beinmuskulatur primär zwischen niedrigen und hohen Schwierigkeitsgraden zu beobachten. Die Ergebnisse der zweiten Querschnittsstudie zeigten, dass ein gradueller Anstieg des Schwierigkeitsgrades der Gleichgewichtsaufgabe einen frequenzspezifischen Anstieg bzw. Abfall der kortikalen Aktivität (p < 0,005; 0,92 < d < 1,80) in verschiedenen Hirnarealen zur Folge hat. Auf kortikaler Ebene nahm die Aktivität innerhalb der Thetafrequenz in frontalen und zentralen Hirnarealen mit höheren posturalen Anforderungen zu. Die Aktivität in der Alpha-2-Frequenz nahm hingegen gleichzeitig in parietalen Hirnarealen ab. Fazit: Gleichgewichtstraining ist eine effektive Methode, um die statische und dynamische Gleichgewichtsleistung und somit die postural Kontrolle von Kindern und Jugendlichen zu verbessern. Dennoch konnte keine der untersuchten Trainingsvariablen (d.h., Dauer, Frequenz, Umfang) die trainingsinduzierten Effekte auf die Gleichgewichtsleistung erklären. Die im Rahmen der Querschnittsuntersuchungen beobachteten Anstieg der posturalen Schwankung sowie der Aktivität und Koaktivität der Beinmuskulatur waren auf den Anstieg des Schwierigkeitsgrades der Gleichgewichtsaufgabe zurückzuführen. Gleichzeitig deuten die auf bestimmte Hirnareale begrenzte frequenzspezifischen Anstiege bzw. Abfälle der kortikalen Aktivität die Beteiligung frontoparietaler Areale bei regulatorischen Prozessen der posturalen Kontrolle bei ansteigender Aufgabenschwierigkeit an. Somit lässt sich konstatieren, dass die Steigerung des Schwierigkeitsgrades einer Gleichgewichtsaufgabe mittels Verkleinerung der Unterstützungsfläche leicht umgesetzt werden kann. Da es bis dato keine valide Methode zur Erfassung der Intensität eines Gleichgewichtstrainings gibt, erscheint die Steigerung der Aufgabenschwierigkeit als praktische Alternative, um Progression in Gleichgewichtstrainingsinterventionen bei gesunden Jugendlichen quantifizieren und implementierern zu können. KW - postural sway KW - muscle activity KW - cortical activity KW - balance trainin KW - task difficulty KW - postural Schwankung KW - Muskelaktivität KW - kortikale Aktivität KW - Gleichgewichtstraining KW - Aufgabenschwierigkeit Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-533034 ER -