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Background: The worldwide prevalence of diabetes has been increasing in recent years, with a projected prevalence of 700 million patients by 2045, leading to economic burdens on societies. Type 2 diabetes mellitus (T2DM), representing more than 95% of all diabetes cases, is a multifactorial metabolic disorder characterized by insulin resistance leading to an imbalance between insulin requirements and supply. Overweight and obesity are the main risk factors for developing type 2 diabetes mellitus. The lifestyle modification of following a healthy diet and physical activity are the primary successful treatment and prevention methods for type 2 diabetes mellitus. Problems may exist with patients not achieving recommended levels of physical activity. Electrical muscle stimulation (EMS) is an increasingly popular training method and has become in the focus of research in recent years. It involves the external application of an electric field to muscles, which can lead to muscle contraction. Positive effects of EMS training have been found in healthy individuals as well as in various patient groups. New EMS devices offer a wide range of mobile applications for whole-body electrical muscle stimulation (WB-EMS) training, e.g., the intensification of dynamic low-intensity endurance exercises through WB-EMS. This dissertation project aims to investigate whether WB-EMS is suitable for intensifying low-intensive dynamic exercises such as walking and Nordic walking.
Methods: Two independent studies were conducted. The first study aimed to investigate the reliability of exercise parameters during the 10-meter Incremental Shuttle Walk Test (10MISWT) using superimposed WB-EMS (research question 1, sub-question a) and the difference in exercise intensity compared to conventional walking (CON-W, research question 1, sub-question b). The second study aimed to compare differences in exercise parameters between superimposed WB-EMS (WB-EMS-W) and conventional walking (CON-W), as well as between superimposed WB-EMS (WB-EMS-NW) and conventional Nordic walking (CON-NW) on a treadmill (research question 2). Both studies took place in participant groups of healthy, moderately active men aged 35-70 years. During all measurements, the Easy Motion Skin® WB-EMS low frequency stimulation device with adjustable intensities for eight muscle groups was used. The current intensity was individually adjusted for each participant at each trial to ensure safety, avoiding pain and muscle cramps. In study 1, thirteen individuals were included for each sub question. A randomized cross-over design with three measurement appointments used was to avoid confounding factors such as delayed onset muscle soreness. The 10MISWT was performed until the participants no longer met the criteria of the test and recording five outcome measures: peak oxygen uptake (VO2peak), relative VO2peak (rel.VO2peak), maximum walk distance (MWD), blood lactate concentration, and the rate of perceived exertion (RPE).
Eleven participants were included in study 2. A randomized cross-over design in a study with four measurement appointments was used to avoid confounding factors. A treadmill test protocol at constant velocity (6.5 m/s) was developed to compare exercise intensities. Oxygen uptake (VO2), relative VO2 (rel.VO2) blood lactate, and the RPE were used as outcome variables. Test-retest reliability between measurements was determined using a compilation of absolute and relative measures of reliability. Outcome measures in study 2 were studied using multifactorial analyses of variances.
Results: Reliability analysis showed good reliability for VO2peak, rel.VO2peak, MWD and RPE with no statistically significant difference for WB-EMS-W during 10WISWT. However, differences compared to conventional walking in outcome variables were not found. The analysis of the treadmill tests showed significant effects for the factors CON/WB-EMS and W/NW for the outcome variables VO2, rel.VO2 and lactate, with both factors leading to higher results. However, the difference in VO2 and relative VO2 is within the range of biological variability of ± 12%. The factor combination EMS∗W/NW is statistically non-significant for all three variables. WB-EMS resulted in the higher RPE values, RPE differences for W/NW and EMS∗W/NW were not significant.
Discussion: The present project found good reliability for measuring VO2peak, rel. VO2peak, MWD and RPE during 10MISWT during WB-EMS-W, confirming prior research of the test. The test appears technically limited rather than physiologically in healthy, moderately active men. However, it is unsuitable for investigating differences in exercise intensities using WB-EMS-W compared to CON-W due to different perceptions of current intensity between exercise and rest. A treadmill test with constant walking speed was conducted to adjust individual maximum tolerable current intensity for the second part of the project. The treadmill test showed a significant increase in metabolic demands during WB-EMS-W and WB-EMS-NW by an increased VO2 and blood lactate concentration. However, the clinical relevance of these findings remains debatable. The study also found that WB-EMS superimposed exercises are perceived as more strenuous than conventional exercise. While in parts comparable studies lead to higher results for VO2, our results are in line with those of other studies using the same frequency. Due to the minor clinical relevance the use of WB-EMS as exercise intensification tool during walking and Nordic walking is limited. High device cost should be considered. Habituation to WB-EMS could increase current intensity tolerance and VO2 and make it a meaningful method in the treatment of T2DM. Recent figures show that WB-EMS is used in obese people to achieve health and weight goals. The supposed benefit should be further investigated scientifically.
Professionelle GT Langstreckenmotorsportler (Rennfahrer) müssen den hohen motorischen und kognitiven Ansprüchen ohne Verlust der Performance während eines Rennens endgegenwirken können. Sie müssen stets, bei hoher Geschwindigkeit fokussiert und konzentriert auf ihr Auto, die Rennstrecke und ihre Gegner reagieren können. Darüber hinaus sind Rennfahrer zusätzlich durch die notwendige Kommunikation im Auto mit den Ingenieuren und Mechanikern in der Boxengasse gefordert. Daten über die tatsächliche Beanspruchung und häufig auftretende Beschwerden und/oder Verletzung von Profiathleten liegen kaum vor. Für eine möglichst gute Performance im Auto während eines Rennens ist es notwendige neben der körperlichen Beanspruchung auch die häufigen Krankheitsbilder zu kennen. Auf Basis dessen kann eine optimale Prävention oder notwendige Therapie zur möglichst schnellen Reintegration in den Sport abgeleitet und entwickelt werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich durch ein regelmäßiges Gesundheitsmonitoring mit der Erfassung häufiger Beschwerden und oder Verletzungen im GT Langestreckenmotorsport zur Ableitung eines präventiven (trainingstherapeutischen) und therapeutischen Konzeptes. Darüber hinaus, soll über die Einschätzung der körperlichen Leistungsfähigkeit der Athleten, auf Basis der Beanspruchung im Rennfahrzeug ein mögliches Trainingskonzept in Abhängigkeit der Saison entwickelt werden.
Insgesamt wurden über 15 Jahre (2003-2017) 37 männliche Athleten aus dem GT Langstreckenmotorsport 353mal im Rahmen eines Gesundheitsmonitorings untersucht. Dabei wurden Athleten maximal 14 Jahre und mindestens 1 Jahr sportmedizinische betreut. Diese 2x im Jahr stattfindende Untersuchung beinhaltete im Wesentlichen eine sportmedizinische Untersuchung zur Einschätzung der Tauglichkeit für den Sport und die Erfassung der körperlichen Leistungsfähigkeit. Über das Gesundheitsmonitoring hinaus erfolgte die Betreuung zusätzlich an der Rennstrecke zur weiteren Erfassung der Beschwerden, Erkrankungen und Verletzungen der Athleten während ihrer sportartspezifischen Belastung. Zusammengefasst zeigen die Athleten geringe Prävalenzen und Inzidenzen der Krankheitsbilder bzw. Beschwerden. Ein Unterschied der Prävalenzen zeigt sich zwischen den Gesundheitsuntersuchungen und der Betreuung an der Rennstrecke. Die häufigsten Beschwerdebilder zeigen sich aus Orthopädie und Innerer Medizin. So sind Infekte der oberen Atemwege sowie Allergien neben Beschwerden der unteren Extremität und der Wirbelsäule am häufigsten. Demzufolge werden vorrangig physio- und trainingstherapeutische Konsequenzen abgeleitet. Eine medikamentöse Therapie erfolgt im Wesentlichen während der Rennbetreuung. Zur Reduktion der orthopädischen und internistischen Beschwerden sollten präventive Maßnahmen mehr betont werden. Die körperliche Leistungsfähigkeit zeigt im Wesentlichen über die Untersuchungsjahre eine stabile Performance für die Ausdauer-, Kraft und sensomotorische Leistungsfähigkeit. Die Ausdauerleistungsfähigkeit kann in Abhängigkeit der Sportartspezifik mit einer guten bis sehr guten Ausprägung definiert werden. Die Kraftleistungsfähigkeit und die sensomotorische Leistungsfähigkeit lassen sportartspezifische Unterschiede zu und sollte körpergewichtsbezogen betrachtet werden.
Ein sportmedizinisches und trainingstherapeutisches Konzept müsste demnach eine regelmäßige ärztlich-medizinische Untersuchung mit dem Fokus der Orthopädie, Inneren Medizin und Hals- Nasen-Ohren-Kunde beinhalten. Darüber hinaus sollte eine regelmäßige Erfassung der körperlichen Leistungsfähigkeit zur möglichst effektiven Ableitung von Trainingsinhalten oder Präventionsmaßnahmen berücksichtig werden. Auf Grundlage der hohen Reisetätigkeit und der ganzjährigen Saison könnte ein 1-2x jährlich stattfindendes Trainingslager, im Sinne eines Grundlagen- und Aufbautrainings zur Optimierung der Leistungsfähigkeit beitragen, das Konzept komplementieren. Zudem scheint eine ärztliche Rennbetreuung notwendig.
Das Therapiemanagement bei Lipödem stellt auf Grund unzureichenden Wissensstandes in entscheidenden Aspekten eine besondere Herausforderung dar. Da die Pathogenese der Erkrankung nicht hinreichend geklärt ist und bislang kein pathognomonisches Diagnostikkriterium definiert wurde, beklagen viele Betroffene einen langjährigen Leidensweg bis zur Einleitung von Therapiemaßnahmen. Durch Steigerung der Awareness der Erkrankung in den letzten Jahren konnten die Intervalle bis zur korrekten Diagnose erfreulicherweise erheblich verkürzt werden. Obwohl die Zuordnung der Beschwerden zu einer klar definierten Erkrankung für viele Patientinnen eine Erleichterung ist, stellt die Erkenntnis über begrenzte Therapiemöglichkeiten häufig eine neuerliche Belastung dar.
Als Konsequenz der ungeklärten Pathogenese konnte bis dato keine kausale Therapie für das Lipödem definiert werden. Zu Beginn waren die Möglichkeiten konservativer Behandlungsstrategien nur eingeschränkt in den Rahmen eines allgemeingültigen Konzeptes involviert und insbesondere Limitationen nicht klar definiert. Obwohl in diversen Bereichen der Therapie weiterhin keine ausreichende Evidenz besteht, konnten durch eine systematische Aufarbeitung die grundsätzlichen Behandlungsoptionen in Relation zueinander gesetzt werden. Betroffene Patientinnen, sowie die verschiedenen in die Behandlung integrierte medizinische Disziplinen verfügen somit über einen grundsätzlichen Handlungsalgorithmus, deren Empfehlungen über einfache Rezeptierung von Lymphdrainage und Kompressionsbekleidung hinausgehen. Durch kritische Reflexion der geltenden Dogmata wurde ein interdisziplinärer Leitfaden vorgeschlagen, der auf nachvollziehbare Weise im Sinne eines Stufenschemas alle wesentlichen Therapiesäulen in einen allgemeingültigen Behandlungsplan einbindet.
Im vielschichten Management der Erkrankung verbleibt die operative Behandlung, die Liposuktion, allerdings häufig als „ultima ratio“ nach ausbleibender Linderung unter konservativen Therapiemaßnahmen. Die wesentliche Zielstellung der vorliegenden Arbeit konzentriert sich demnach auf die Optimierung des operativen Vorgehens in der Durchführung von Liposuktionen bei Patientinnen mit Lipödem und zeigt sowohl Grenzen der Indikationsstellung, als auch Potenzial des Behandlungserfolges im Langzeitverlauf auf. Langzeitergebnisse zeigen, dass die Liposuktion als sicherer Eingriff mit dem Potenzial einer nachhaltigen Symptomreduktion für Lipödem-Patientinnen angesehen werden kann. Betont werden soll zudem die Notwendigkeit der Verzahnung operativer Maßnahmen mit konservativen Therapien und somit die Integration der Liposuktion als sinnvolle Behandlungsalternative in ein klar umrissenes Therapiekonzept.
Methodisch greift die Arbeit auf insgesamt 10 Publikationen zurück. Die hier postulierte mehrzeitige Megaliposuktion zur Therapie des Lipödems, mit summierten Gesamtaspirationsvolumina über alle Eingriffe von bis zu 66.000 ml, konnte als evidenzbasiertes Therapieverfahren bestätigt und validiert werden. Die beschriebenen niedrigen Komplikationsraten sind unter Anderem Resultat einer differenzierten, individualisierten perioperativen Strategie. Neben der Berücksichtigung grundsätzlicher methodischer Prinzipien existieren allerdings vielfältige Variationen, deren Implikationen auf Komplikationsraten jeweils differenziert zu betrachten sind. Es existiert zwar kein Konsensus für ein allgemeingültiges Standardverfahren der Liposuktion, allerdings konnten zahlreiche Elemente im perioperativen Management definiert werden, die unabhängig von der verwendeten Operationstechnik einen potenziellen positiven Einfluss auf das Outcome haben. Obwohl die Liposuktion bei Lipödem somit zusammenfassend mittlerweile als sicheres Verfahren gelten kann, sind einige Aspekte weiterhin nicht abschließend geklärt. Hierbei stehen vor allem das Volumenmanagement und die standardisierte Festlegung des maximalen Aspirationsvolumens im Fokus.
Die Analyse verschiedener Kovariablen auf die Linderung Lipödem-assoziierter Symptome nach Liposuktion zeigt, dass Alter, Body-Mass-Index (BMI) und präoperatives Stadium der Erkrankung einen signifikanten Einfluss auf das postoperative Ergebnis haben und in der Planung des mehrzeitigen operativen Vorgehens berücksichtigt werden müssen. BMI- oder körpergewichtsabhängige Zielgrößen der Absaugvolumina waren als Prognosefaktor für das postoperative Outcome dagegen nicht relevant. Inwieweit dies möglicherweise an der Überschreitung des „notwendigen“ Volumengrenzwerts für adäquate Symptomlinderung durch reguläre Durchführung von Megaliposuktionen liegen könnte, oder ob dieser Parameter tatsächlich keinen Einfluss auf das Ergebnis nach Operation besitzt, konnte nicht abschließend geklärt werden.
Weiterhin konnte ein positiver Nutzen auf assoziierte Begleiterkrankungen bei Lipödem nachgewiesen werden. Das Spektrum der Behandlungsmethoden kann durch reguläre Integration der Liposuktion in das Therapieschema somit um eine nachhaltige Alternative sinnvoll ergänzt werden. Im Unterschied zur alleinigen konservativen Therapie kann hierdurch ein wesentlicher Schritt weg von der alleinigen symptomatischen Therapie gemacht werden. Zudem die vielfältige Symptomatik der diversen assoziierten Komorbiditäten zu berücksichtigen. Als Konsequenz und für die Notwendigkeit eines ganzheitlichen, interdisziplinären Therapieansatzes wäre der Terminus „Lipödem-Syndrom“ möglicherweise treffender und wird zur Diskussion gestellt.
Für ein gesondertes Patientenklientel wurden zudem basale Grundsätze im perioperativen Vorgehen differenziert aufgearbeitet. Lipödem-Patientinnen mit begleitendem von-Willebrand-Syndrom stellen im Hinblick auf Blutungskomplikationen eine außerordentliche Herausforderung dar. Die vorliegenden evidenzbasierten Empfehlungen zum Therapiemanagement dieser Patientinnen bei Eingriffen ähnlicher Risikoklassifizierung wurden systematisch aufgearbeitet und in Bezug zu den speziellen Anforderungen bei Megaliposuktionen gebracht. Das dabei erarbeitete Therapieschema wird die präoperative Detektion von Koagulopathien im Allgemeinen, sowie die perioperative Komplikationsrate bei von-Willebrand-Patientinnen im Speziellen zukünftig erheblich verbessern.
Zusammenfassend konnte somit ein allgemeingültiger Algorithmus für die moderne und langfristig erfolgreiche Therapie von Lipödem-Patientinnen mit besonderem Fokus auf die Megaliposuktion erarbeitet werden. Bei adäquatem perioperativem Management und Berücksichtigung der großen Volumenverschiebungen kann der Eingriff komplikationsarm und sicher durchgeführt werden. Nicht abschließend geklärt ist derzeit die Pathophysiologie der Erkrankung wobei eine immunologische Genese sowie die primäre Pathologie des Lymphgefäßsystems bzw. der Fett(vorläufer)zellen als Erklärungmodelle favorisiert werden. Die Entwicklung diagnostischer Biomarker sollte dabei verfolgt werden.
The scapula plays a significant role in efficient shoulder movement. Thus, alterations from typical scapular motion during upper limb movements are thought to be associated with shoulder pathologies. However, a clear understanding of the relationship is not yet obtained.. Scapular alterations may only represent physiological variability as their occurrence can appear equally as frequent in individuals with and without shoulder disorders. Evaluation of scapular motion during increased load might be a beneficial approach to detect clinically relevant alterations. However, functional motion adaptations in response to maximum effort upper extremity loading has not been established yet. Therefore, the overall purpose of this research project was to give further insight in physiological adaptations of scapular kinematics and their underlying scapular muscle activity in response to high demanding shoulder movements in healthy asymptomatic individuals. Prior to the investigation of the effect of various load situation, the reproducibility of scapular kinematics and scapular muscle activity were evaluated under maximum effort arm movements. Healthy asymptomatic adults performed unloaded and maximal loaded concentric and eccentric isokinetic shoulder flexion and extension movements in the scapular plane while scapular kinematics and scapular muscle activity were simultaneously assessed. A 3D motion capture system (infra-red cameras & reflective markers) was utilized to track scapular and humerus motion in relation to the thorax. 3D scapular position angles were given for arm raising and lowering between humerus positions of 20° and 120° flexion. To further characterize the scapular pattern, the scapular motion extent and scapulohumeral rhythm (ratio of scapular and humerus motion extent) were determined. Muscle activity of the upper and lower trapezius and the serratus anterior were assessed with surface electromyography. Amplitudes were calculated for the whole ROM and four equidistant movement phases. Reliability was characterized by overall moderate to good reproducibility across the load conditions. Irrespective of applied load, scapular kinematics followed a motion pattern of continuous upward rotation, posterior tilt and external rotation during arm elevation and a continuous downward rotation, anterior tilt and internal rotation during arm lowering. However, kinematics were altered between maximal loaded and unloaded conditions showing increased upward rotation, reduced posterior tilt and external rotation. Further, the scapulohumeral rhythm was decreased and scapular motion extent increased under maximal loaded movements. Muscle activity during maximum effort were of greater magnitude and differed in their pattern in comparison to the continuous increase and decrease of activity during unloaded shoulder flexion and extension. Relationships between scapular kinematics and their underlying scapular muscle activity could only be identified for a few isolated combinations, whereas the majority showed no associations. Scapular kinematics and scapular muscle activity pattern alter according to the applied load. Alterations between the load conditions comply in magnitude and partially in direction with differences seen between symptomatic and asymptomatic individuals. Even though long-term effects of identified adaptations in response to maximum load are so far unclear, deviations from typical scapular motion or muscle activation should not per se be seen as indicators of shoulder impairment. However, evaluation of alterations in scapular motion and activation in response to maximum effort may have the potential to identify individuals that are unable to cope with increased upper limb demands. Findings further challenge the understanding of scapular motion and stabilization by the trapezius and serratus anterior muscles, as clear relationships between the underlying scapular muscle activity and scapular kinematics were neither observed during unloaded nor maximal loaded shoulder movements.