TY - THES A1 - Herold, Fabian T1 - Kraft und Kognition T1 - Muscular strength and cognition BT - Analyse des Zusammenhangs von muskulärer Kraftleistungsfähigkeit, funktionellen und strukturellen Gehirnparametern und kognitiver Leistungsfähigkeit BT - an analysis of the relationships between muscular strength, functional and structural brain parameters, and cognitive performance N2 - Die in den letzten Jahren aus Querschnittstudien gewonnenen empirischen Erkenntnisse deuten auf einen Zusammenhang zwischen muskulärer Kraftleistungsfähigkeit und kognitiver Leistungsfähigkeit hin [10]. Diese Beobachtung wird von Längsschnittstudien gestützt, bei denen in Folge gezielter Krafttrainingsinterventionen, welche typischerweise zur Steigerung der muskulären Kraftleistungsfähigkeit führen, Verbesserungen der kognitiven Leistungsfähigkeit dokumentiert werden konnten [11]. Die zugrundeliegenden Mechanismen, die den Zusammenhang zwischen muskulärer Kraftleistungsfähigkeit und kognitiver Leistungsfähigkeit begründen, sind jedoch noch nicht vollständig bekannt und bedürfen weiterer Forschung [10,12]. Vor diesem Hintergrund hatten die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführten Forschungsarbeiten das übergeordnete Ziel, die Mechanismen zu untersuchen, welche den Zusammenhang zwischen der muskulären Kraftleistungsfähigkeit und der kognitiven Leistungsfähigkeit erklären können. In dieser Arbeit wurden dazu unterschiedliche Populationen (junge Menschen und ältere Menschen ohne und mit leichten kognitiven Störungen) unter Anwendung verschiedener untersuchungsmethodischer Ansätze (systematische Literaturrecherche, Doppelaufgabenparadigma und funktionelle Nahinfrarotspektroskopie) untersucht. Aufgrund der im Rahmen dieser Dissertation durchgeführten Forschungsarbeiten, die konsekutiv aufeinander aufbauen, konnten folgende Haupterkenntnisse gewonnen werden: • Um einen umfassenden Überblick über die aktuelle Evidenzlage zum Thema Kraftleistungsfähigkeit und kognitiver Leistungsfähigkeit sowie den zugrundeliegenden neuronalen Korrelaten zu erlangen, wurde eine systematische Literaturrecherche zu diesem Forschungsthema durchgeführt. Die Ergebnisse dieser systematischen Literaturrecherche dokumentieren, dass ein gezieltes Krafttraining neben der Steigerung der kognitiven Leistungsfähigkeit zu funktionellen und strukturellen Veränderungen des Gehirns, insbesondere in frontalen Gehirnregionen, führen kann [13]. Ferner zeigen die Ergebnisse dieser systematischen Literaturrecherche, bei der eine begrenzte Anzahl verfügbarer Studien (n = 18) identifiziert wurde, den Bedarf weiterer Forschungsarbeiten zu diesem Themenfeld an [13]. • Zur Überprüfung der Hypothese, dass zur Ausführung von Krafttrainingsübungen höhere kognitive Prozesse benötigt werden, wurde in einer experimentellen Studie bei jüngeren gesunden Erwachsenen das Doppelaufgabenparadigma bei der Krafttrainingsübung Knie-beuge angewendet. Die in dieser Studie beobachteten Doppelaufgabenkosten bei der Ausführung der Krafttrainingsübung Kniebeuge (im Vergleich zur Kontrollbedingung Stehen) deuten auf die Beteiligung höherer kognitiver Prozesse zur Lösung dieser Bewegungsaufgabe hin und bestätigen die aufgestellte Hypothese [14]. • Um die Hypothese zu untersuchen, dass spezifische neuronale Korrelate (funktionelle Gehirnaktivität) den Zusammenhang zwischen muskulärer Kraftleistungsfähigkeit und kognitiver Leistungsfähigkeit vermitteln, wurde bei jungen gesunden Erwachsenen der Zusammenhang zwischen der Ausprägung der maximalen Handgriffkraft (normalisiert auf den Body-Mass-Index) und der kortikalen hämodynamischen Antwortreaktion untersucht, die bei der Durchführung eines standardisierten kognitiven Tests mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie in präfrontalen Gehirnarealen gemessen wurde. Im Rahmen dieser Querschnittsstudie konnte die initiale Hypothese nicht vollständig bestätigt werden, da zwar Zusammenhänge zwischen maximaler Handgriffkraft und kognitiver Leistungsfähigkeit mit Parametern der hämodynamischen Antwortreaktion beobachtet wurden, aber die Ausprägung der maximalen Handgriffkraft nicht im Zusammenhang mit der Kurzeitgedächtnisleistung stand [16]. • Zur Untersuchung der Annahme, dass eine vorliegende neurologische Erkrankung (im Speziellen eine leichte kognitive Störung), die typischerweise mit Veränderungen von spezifischen neuronalen Korrelaten (z.B. des Hippokampus‘ [17-19] und des präfrontalen Kortex‘ [20,21]) einhergeht, einen Einfluss auf die Assoziation zwischen muskulärer Kraftleistungsfähigkeit und kognitiver Leistungsfähigkeit hat, wurde in einer Querschnittsstudie der Zusammenhang zwischen der Ausprägung der maximalen Handgriffkraft (normalisiert auf den Body-Mass-Index) und der Ausprägung der exekutiven Funktionen bei älteren Erwachsenen mit amnestischem und nicht-amnestischem Subtyp der leichten kognitiven Störung sowie gesunden älteren Erwachsenen untersucht. In dieser Querschnittsstudie wurde nur bei älteren Erwachsenen mit dem amnestischen Subtyp der leichten kognitiven Störung ein Zusammenhang zwischen maximaler Handgriffkraft und exekutiven Funktionen beobachtet. Solch eine Korrelation existiert jedoch nicht bei älteren Erwachsenen mit dem non-amnestischen Subtyp der leichten kognitiven Störung oder bei gesunden älteren Erwachsenen [24]. • In einem Perspektivenartikel wurde aufgezeigt, wie durch die theoriegeleitete Nutzung physiologischer Effekte, die bei einer speziellen Krafttrainingsmethode durch die Moderation des peripheren Blutflusses mittels Manschetten oder Bändern auftreten, insbesondere Populationen mit niedriger mechanischer Belastbarkeit von den positiven Effekten des Krafttrainings auf die Gehirngesundheit profitieren könnten [25]. Insgesamt deuten die Ergebnisse der in dieser Dissertation zusammengeführten und aufeinander aufbauenden Forschungsarbeiten auf das Vorhandensein von gemeinsamen neuronalen Korrelaten (z.B. frontaler Kortex) hin, die sowohl für die muskuläre Kraftleistungsfähigkeit als auch für höhere kognitive Prozesse eine wichtige Rolle spielen [26]. Betrachtet man die in der vorliegenden Dissertation gewonnenen Erkenntnisse im Verbund mit den bereits in der Literatur existieren-den empirischen Belegen, unterstützen sie die Sichtweise, dass eine relativ hohe muskuläre Kraftleistungsfähigkeit und deren Erhalt durch gezielte Krafttrainingsinterventionen über die Lebenspanne positive Effekte auf die (Gehirn-)Gesundheit haben können [27]. N2 - In recent years, the findings from cross-sectional studies have suggested a relationship between muscular strength and cognitive performance [10]. This observation is supported by longitudinal studies in which improvements in cognitive performance have been documented in response to resistance training interventions which typically lead to an increase in muscular strength [11]. However, the underlying mechanisms that drive the association between muscular strength and cognitive performance are yet not fully understood and require further research [10,12]. With this in mind, the research conducted in this dissertation aimed to investigate the mechanisms that can explain the associations between muscular strength and cognitive performance. In this work, different populations (i.e., younger adults, and older adults without and with mild cognitive impairment) were studied using several methodological approaches (i.e., systematic literature review, dual-task paradigm, and functional near-infrared spectroscopy). The following key findings have emerged from the research that has been conducted in the context of this dissertation: • In order to obtain a comprehensive overview of the current state of evidence regarding the associations of muscular strength and cognitive performance, as well as the underlying neuronal correlates, a systematic literature review has been conducted. The results of this systematic literature review revealed that resistance training not only improves cognitive performance but also leads to functional and structural changes in the brain, particularly in frontal brain regions [13]. Furthermore, the limited number of available studies (n = 18) that have been identified in the course of this systematic review, suggests that further research on this topic is necessary to draw more robust conclusions [13]. • To test the hypothesis that higher-level cognitive processes are required to perform resistance exercises, we conducted in younger adults an experimental study in which we utilized the dual-task paradigm while participants performed squats. In this study, we observed cognitive dual-task costs during the squatting condition (as compared to the control condition standing). The latter finding points towards an involvement of higher cognitive processes in the motor control of squats and confirms our above-stated hypothesis [14]. • To investigate the hypothesis that specific neural correlates (functional brain activity) mediate the relationship between muscular strength and cognitive performance, we studied in healthy younger adults the relationship between maximal handgrip strength (normalized to body mass index) and the cortical hemodynamic response measured in prefrontal brain areas during the performance of a standardized cognitive test by applying functional near-infrared spectroscopy. In this cross-sectional study, the initial hypothesis was only partly confirmed as we observed correlations between maximal handgrip strength and cognitive performance with parameters of the cortical hemodynamic response. However, we did not find compelling evidence for a relationship between maximal handgrip strength and short-term memory performance nor for a mediation [16]. • To investigate the hypothesis that the presence of a neurological disorder (in particular mild cognitive impairment), which is typically linked to changes in specific neural correlates (e.g. of the hippocampus [17-19] and prefrontal cortex [20,21]), has an effect on the association between muscular strength and cognitive performance, we studied in older adults with amnestic and non-amnestic subtypes of mild cognitive impairment and healthy older adults possible group differences concerning the associations between maximal handgrip strength (normalized to body mass index) and executive functions. In this cross-sectional study, a correlation between maximal handgrip strength and executive functions was only observed in older adults with the amnestic subtype of mild cognitive impairment. However, such a correlation was not noticed in older adults with the non-amnestic subtype of mild cognitive impairment or healthy older adults [24]. • In a perspective article, we provide a theory-driven rationale on how the physiological processes induced by a novel resistance training method that is based on the modulation of the peripheral blood flow by applying cuffs or bands (also known as blood flow restriction training; BFR) can be a promising intervention strategy to foster brain health, especially in populations with low mechanical stress tolerance [25]. Taken together, the results of the research being described and summarized in this dissertation suggest that the association between muscular strength and higher cognitive processes relies upon shared neural correlates (e.g., frontal cortex) [26]. In conjunction with the empirical evidence that already exists in the scientific literature, the findings of the studies presented in this dissertation support the view that a relatively high level of muscular strength and its preservation over the lifespan by means of resistance training can have positive effects on (brain) health [27]. KW - körperliche Aktivität KW - Gehirn KW - Gesundheit KW - Kognition KW - Demenz KW - dementia KW - brain KW - health KW - cognition KW - physical activity Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-611181 ER - TY - THES A1 - He, Yangyang T1 - Extracellular vesicles as the potential mediators of psychosocial stress contribution to osteoporosis T1 - Extrazelluläre Vesikel als potenzielle Mediatoren für den Beitrag von psychosozialem Stress zur Osteoporose BT - a narrative review BT - ein narrativer Überblick N2 - Background: The characteristics of osteoporosis are decreased bone mass and destruction towards the microarchitecture of bone tissue, which raises the risk of fracture. Psychosocialstress and osteoporosis are linked by sympathetic nervous system, hypothalamic-pituitary-adrenal axis, and other endocrine factors. Psychosocial stress causes a series of effects on the organism, and this long-term depletion at the cellular level is considered to be mitochondrial allostatic load, including mitochondrial dysfunction and oxidative stress. Extracellular vesicles (EVs) are involved in the mitochondrial allostatic load process and may as biomarkers in this setting. As critical participants during cell-to-cell communications, EVs serve as transport vehicles for nucleic acid and proteins, alter the phenotypic and functional characteristics of their target cells, and promote cell-to-cell contact. And hence, they play a significant role in the diagnosis and therapy of many diseases, such as osteoporosis. Aim: This narrative review attempts to outline the features of EVs, investigate their involvement in both psychosocial stress and osteoporosis, and analyze if EVs can be potential mediators between both. Methods: The online database from PubMed, Google Scholar, and Science Direct were searched for keywords related to the main topic of this study, and the availability of all the selected studies was verified. Afterward, the findings from the articles were summarized and synthesized. Results: Psychosocial stress affects bone remodeling through increased neurotransmitters such as glucocorticoids and catecholamines, as well as increased glucose metabolism. Furthermore, psychosocial stress leads to mitochondrial allostatic load, including oxidative stress, which may affect bone remodeling. In vitro and in vivo data suggest EVs might involve in the link between psychosocial stress and bone remodeling through the transfer of bioactive substances and thus be a potential mediator of psychosocial stress leading to osteoporosis. Conclusions: According to the included studies, psychosocial stress affects bone remodeling, leading to osteoporosis. By summarizing the specific properties of EVs and the function of EVs in both psychosocial stress and osteoporosis, respectively, it has been demonstrated that EVs are possible mediators of both, and have the prospects to be useful in innovative research areas. N2 - Hintergrund: Kennzeichnend für Osteoporose sind eine verringerte Knochenmasse und die Zerstörung der Mikroarchitektur des Knochengewebes, wodurch sich das Risiko von Knochenbrüchen erhöht. Psychosozialer Stress und Osteoporose sind durch das sympathische Nervensystem, die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse und andere endokrine Faktoren miteinander verbunden. Psychosozialer Stress hat eine Reihe von Auswirkungen auf den Organismus, und diese langfristige Erschöpfung auf zellulärer Ebene wird als mitochondriale allostatische Belastung angesehen, die eine mitochondriale Dysfunktion und oxidativen Stress beinhaltet. Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind in den mitochondrialen allostatischen Belastungsprozess involviert und können in diesem Zusammenhang als Biomarker dienen. Als kritische Teilnehmer der Zell-zu-Zell-Kommunikation dienen EVs als Transportmittel für Nukleinsäuren und Proteine, verändern die phänotypischen und funktionellen Eigenschaften ihrer Zielzellen und fördern den Zell-zu-Zell-Kontakt. Daher spielen sie eine wichtige Rolle bei der Diagnose und Therapie vieler Krankheiten, wie z. B. Osteoporose. Ziel: Diese Übersichtsarbeit soll die Eigenschaften von EVs und ihre Rolle in Hinblick auf den Zusammenhang zwischen psychosozialen Stress und Osteoporose zusammenfassen. Weiterhin wird untersucht, ob EVs in dem Zusammenhang eine potenzielle Mediatorenrolle zukommt. Methoden Die Online-Datenbanken PubMed, Google Scholar und Science Direct wurden anhand thematischer Stichwörter durchsucht und die Verfügbarkeit aller ausgewählten Studien überprüft. Anschließend wurden die Ergebnisse der Artikel zusammengefasst und miteinander in Verbindung setzen. Ergebnisse: Psychosozialer Stress führt zu einer Erhöhung der Transmitterkonzentrate wie Glukokortikoide und Katecholamine sowie einen erhöhten Glukosestoffwechsel, was jeweils Einfluss auf den Knochenumbau haben kann. Darüber hinaus führt psychosozialer Stress zu mitochondrialer allostatischer Last, einschließlich oxidativem Stress, was sich ebenfalls auf den Knochenumbau auswirken kann. Sowohl in vitro- als auch in vivo-Daten deuten darauf hin, dass EVs hierbei durch ihre Übertragung von bioaktiven Messengern eine relevante Mediatorenrolle einnehmen. Es ist anzunehmen, dass sie potenzielle Vermittler des Zusammenhangs von psychosozialem Stress und osteoporotischen Veränderungen sein können. Schlussfolgerung: Entlang der eingeschlossenen Studien besteht ein Zusammenhang zwischen psychosozialem Stress, dem Knochenumbau und damit der Entstehung von Osteoporose. In der Genese des negativen Einflusses auf die Knochengesundheit scheint EVs durch ihre Aktivität als Messenger-Transporter eine relevante Mediatorenrolle zuzukommen. Dieses Wissen hat das Potenzial für zukünftige innovative Forschungskonzepte. KW - allostatic load KW - allostatische Belastung KW - bone remodeling KW - microRNA KW - osteoblast KW - osteoclast KW - Knochenumbau KW - microRNA KW - Osteoblast KW - Osteoklast Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-594372 ER -