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The genesis of chronic pain is explained by a biopsychosocial model. It hypothesizes an interdependency between environmental and genetic factors provoking aberrant long-term changes in biological and psychological regulatory systems. Physiological effects of psychological and physical stressors may play a crucial role in these maladaptive processes. Specifically, long-term demands on the stress response system may moderate central pain processing and influence descending serotonergic and noradrenergic signals from the brainstem, regulating nociceptive processing at the spinal level. However, the underlying mechanisms of this pathophysiological interplay still remain unclear. This paper aims to shed light on possible pathways between physical (exercise) and psychological stress and the potential neurobiological consequences in the genesis and treatment of chronic pain, highlighting evolving concepts and promising research directions in the treatment of chronic pain. Two treatment forms (exercise and mindfulness-based stress reduction as exemplary therapies), their interaction, and the dose-response will be discussed in more detail, which might pave the way to a better understanding of alterations in the pain matrix and help to develop future prevention and therapeutic concepts
Exercise or not?
(2023)
Objective: Individuals’ decisions to engage in exercise are often the result of in-the-moment choices between exercise and a competing behavioral alternative. The purpose of this study was to investigate processes that occur in-the-moment (i.e., situated processes) when individuals are faced with the choice between exercise and a behavioral alternative during a computerized task. These were analyzed against the background of interindividual differences in individuals’ automatic valuation and controlled evaluation of exercise.
Method: In a behavioral alternatives task 101 participants were asked whether they would rather choose an exercise option or a behavioral alternative in 25 trials. Participants’ gaze behavior (first gaze and fixations) was recorded using eye-tracking. An exercise-specific affect misattribution procedure (AMP) was used to assess participants’ automatic valuation of exercise before the task. After the task, self-reported feelings towards exercise (controlled evaluation) and usual weekly exercise volume were assessed. Mixed effects models with random effects for subjects and trials were used for data analysis.
Results: Choosing exercise was positively correlated with individuals’ automatic valuation (r = 0.20, p = 0.05), controlled evaluation (r = 0.58, p < 0.001), and their weekly exercise volume (r = 0.43, p < 0.001). Participants showed no bias in their initial gaze or number of fixations towards the exercise or the non-exercise alternative. However, participants were 1.30 times more likely to fixate on the chosen alternative first and more frequently, but this gaze behavior was not related to individuals’ automatic valuation, controlled evaluation, or weekly exercise volume.
Conclusion: The results suggest that situated processes arising from defined behavioral alternatives may be independent of individuals’ general preferences. Despite one’s best general intention to exercise more, the choice of a non-exercise alternative behavior may seem more appealing in-the-moment and eventually be chosen. New psychological theories of health behavior change should therefore better consider the role of potentially conflicting alternatives when it comes to initiating physical activity or exercise.
Background: Although the benefits for health of physical activity (PA) are well documented, the majority of the population is unable to implement present recommendations into daily routine. Mobile health (mHealth) apps could help increase the level of PA. However, this is contingent on the interest of potential users.
Objective: The aim of this study was the explorative, nuanced determination of the interest in mHealth apps with respect to PA among students and staff of a university.
Methods: We conducted a Web-based survey from June to July 2015 in which students and employees from the University of Potsdam were asked about their activity level, interest in mHealth fitness apps, chronic diseases, and sociodemographic parameters.
Results: A total of 1217 students (67.30%, 819/1217; female; 26.0 years [SD 4.9]) and 485 employees (67.5%, 327/485; female; 42.7 years [SD 11.7]) participated in the survey. The recommendation for PA (3 times per week) was not met by 70.1% (340/485) of employees and 52.67% (641/1217) of students. Within these groups, 53.2% (341/641 students) and 44.2% (150/340 employees)—independent of age, sex, body mass index (BMI), and level of education or professional qualification—indicated an interest in mHealth fitness apps.
Conclusions: Even in a younger, highly educated population, the majority of respondents reported an insufficient level of PA. About half of them indicated their interest in training support. This suggests that the use of personalized mobile fitness apps may become increasingly significant for a positive change of lifestyle.
In children the way of life, nutrition and recreation changed in recent years and as a consequence body composition shifted as well. It is established that overweight belongs to a global problem. In addition, German children exhibit a less robust skeleton than ten years ago. These developments may elevate the risk of cardiovascular diseases and skeletal modifications. Heredity and environmental factors as nutrition, socioeconomic status, physical activity and inactivity influence fat accumulation and the skeletal system. Based on these negative developments associations between type of body shape, skeletal measures and physical activity; relations between external skeletal robustness, physical activity and inactivity, BMI and body fat and also the progress of body composition especially external skeletal robustness in comparison in Russian and German children were investigated. In a cross-sectional study 691 German boys and girls aged 6 to 10 years were examined. Anthropometric measurements were taken and questionnaires about physical activity and inactivity were answered by parents. Additionally, pedometers were worn to determinate the physical activity in children. To compare the body composition in Russian and German children data from the years 2000 and 2010 were used. The study has shown that pyknomorphic individuals exhibit the highest external skeletal robustness and leptomorphic ones the lowest. Leptomorphic children may have a higher risk for bone diseases in adulthood. Pyknomorphic boys are more physically active by tendency. This is assessed as positive because pyknomorphic types display the highest BMI and body fat. Results showed that physical activity may reduce BMI and body fat. In contrast physical inactivity may lead to an increase of BMI and body fat and may rise with increasing age. Physical activity encourages additionally a robust skeleton. Furthermore external skeletal robustness is associated with BMI in order that BMI as a measure of overweight should be consider critically. The international 10-year comparison has shown an increase of BMI in Russian children and German boys. Currently, Russian children exhibit a higher external skeletal robustness than the Germans. However, in Russian boys skeleton is less robust than ten years ago. This trend should be observed in the future as well in other countries. All in all, several measures should be used to describe health situation in children and adults. Furthermore, in children it is essential to support physical activity in order to reduce the risk of obesity and to maintain a robust skeleton. In this way diseases are able to prevent in adulthood.
Diabetes is hallmarked by high blood glucose levels, which cause progressive generalised vascular damage, leading to microvascular and macrovascular complications. Diabetes-related complications cause severe and prolonged morbidity and are a major cause of mortality among people with diabetes. Despite increasing attention to risk factors of type 2 diabetes, existing evidence is scarce or inconclusive regarding vascular complications and research investigating both micro- and macrovascular complications is lacking. This thesis aims to contribute to current knowledge by identifying risk factors – mainly related to lifestyle – of vascular complications, addressing methodological limitations of previous literature and providing comparative data between micro- and macrovascular complications.
To address this overall aim, three specific objectives were set. The first was to investigate the effects of diabetes complication burden and lifestyle-related risk factors on the incidence of (further) complications. Studies suggest that diabetes complications are interrelated. However, they have been studied mainly independently of individuals’ complication burden. A five-state time-to-event model was constructed to examine the longitudinal patterns of micro- (kidney disease, neuropathy and retinopathy) and macrovascular complications (myocardial infarction and stroke) and their association with the occurrence of subsequent complications. Applying the same model, the effect of modifiable lifestyle factors, assessed alone and in combination with complication load, on the incidence of diabetes complications was studied. The selected lifestyle factors were body mass index (BMI), waist circumference, smoking status, physical activity, and intake of coffee, red meat, whole grains, and alcohol. Analyses were conducted in a cohort of 1199 participants with incident type 2 diabetes from the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam, who were free of vascular complications at diabetes diagnosis. During a median follow-up time of 11.6 years, 96 cases of macrovascular complications (myocardial infarction and stroke) and 383 microvascular complications (kidney disease, neuropathy and retinopathy) were identified. In multivariable-adjusted models, the occurrence of a microvascular complication was associated with a higher incidence of further micro- (Hazard ratio [HR] 1.90; 95% Confidence interval [CI] 0.90, 3.98) and macrovascular complications (HR 4.72; 95% CI 1.25, 17.68), compared with persons without a complication burden. In addition, participants who developed a macrovascular event had a twofold higher risk of future microvascular complications (HR 2.26; 95% CI 1.05, 4.86). The models were adjusted for age, sex, state duration, education, lifestyle, glucose-lowering medication, and pre-existing conditions of hypertension and dyslipidaemia. Smoking was positively associated with macrovascular disease, while an inverse association was observed with higher coffee intake. Whole grain and alcohol intake were inversely associated with microvascular complications, and a U-shaped association was observed for red meat intake. BMI and waist circumference were positively associated with microvascular events. The associations between lifestyle factors and incidence of complications were not modified by concurrent complication burden, except for red meat intake and smoking status, where the associations were attenuated among individuals with a previous complication.
The second objective was to perform an in-depth investigation of the association between BMI and BMI change and risk of micro- and macrovascular complications. There is an ongoing debate on the association between obesity and risk of macrovascular and microvascular outcomes in type 2 diabetes, with studies suggesting a protective effect among people with overweight or obesity. These findings, however, might be limited due to suboptimal control for smoking, pre-existing chronic disease, or short-follow-up. After additional exclusion of persons with cancer history at diabetes onset, the associations between pre-diagnosis BMI and relative annual change between pre- and post-diagnosis BMI and incidence of complications were evaluated in multivariable-adjusted Cox models. The analyses were adjusted for age, sex, education, smoking status and duration, physical activity, alcohol consumption, adherence to the Mediterranean diet, and family history of diabetes and cardiovascular disease (CVD). Among 1083 EPIC-Potsdam participants, 85 macrovascular and 347 microvascular complications were identified during a median follow-up period of 10.8 years. Higher pre-diagnosis BMI was associated with an increased risk of total microvascular complications (HR per 5 kg/m2 1.21; 95% CI 1.07, 1.36), kidney disease (HR 1.39; 95% CI 1.21, 1.60) and neuropathy (HR 1.12; 95% CI 0.96, 1.31); but no association was observed for macrovascular complications (HR 1.05; 95% CI 0.81, 1.36). Effect modification was not evident by sex, smoking status, or age groups. In analyses according to BMI change categories, BMI loss of more than 1% indicated a decreased risk of total microvascular complications (HR 0.62; 95% CI 0.47, 0.80), kidney disease (HR 0.57; 95% CI 0.40, 0.81) and neuropathy (HR 0.73; 95% CI 0.52, 1.03), compared with participants with a stable BMI. No clear association was observed for macrovascular complications (HR 1.04; 95% CI 0.62, 1.74). The impact of BMI gain on diabetes-related vascular disease was less evident. Associations were consistent across strata of age, sex, pre-diagnosis BMI, or medication but appeared stronger among never-smokers than current or former smokers.
The last objective was to evaluate whether individuals with a high-risk profile for diabetes and cardiovascular disease (CVD) also have a greater risk of complications. Within the EPIC-Potsdam study, two accurate prognostic tools were developed, the German Diabetes Risk Score (GDRS) and the CVD Risk Score (CVDRS), which predict the 5-year type 2 diabetes risk and 10-year CVD risk, respectively. Both scores provide a non-clinical and clinical version. Components of the risk scores include age, sex, waist circumference, prevalence of hypertension, family history of diabetes or CVD, lifestyle factors, and clinical factors (only in clinical versions). The association of the risk scores with diabetes complications and their discriminatory performance for complications were assessed. In crude Cox models, both versions of GDRS and CVDRS were positively associated with macrovascular complications and total microvascular complications, kidney disease and neuropathy. Higher GDRS was also associated with an elevated risk of retinopathy. The discrimination of the scores (clinical and non-clinical) was poor for all complications, with the C-index ranging from 0.58 to 0.66 for macrovascular complications and from 0.60 to 0.62 for microvascular complications.
In conclusion, this work illustrates that the risk of complication development among individuals with type 2 diabetes is related to the existing complication load, and attention should be given to regular monitoring for future complications. It underlines the importance of weight management and adherence to healthy lifestyle behaviours, including high intake of whole grains, moderation in red meat and alcohol consumption and avoidance of smoking to prevent major diabetes-associated complications, regardless of complication burden. Risk scores predictive for type 2 diabetes and CVD were related to elevated risks of complications. By optimising several lifestyle and clinical factors, the risk score can be improved and may assist in lowering complication risk.
Starting in 2009, the German state of Saxony distributed sports club membership vouchers among all 33,000 third graders in the state. The policy’s objective was to encourage them to develop a long-term habit of exercising. In 2018, we carried out a large register-based survey among several cohorts in Saxony and two neighboring states. Our difference-in-differences estimations show that, even after a decade, awareness of the voucher program was significantly higher in the treatment group. We also find that youth received and redeemed the vouchers. However, we do not find significant short- or long-term effects on sports club membership, physical activity, overweightness, or motor skills.
"Kinderwelt ist Bewegungswelt" (Schmidt, 1997, S. 156, zitiert nach Schmidt, Hartmann-Tews & Brettschneider, 2003, S. 31). Das kindliche Bewegungsverhalten hat sich bereits im Grundschulalter verändert, so dass sich Bewegungsaktivitäten von Kindern erheblich unterscheiden und keineswegs mehr verallgemeinert werden können. Richtet man den Fokus auf die Frage „Wie bewegt sind unsere Kinder?“ so scheint diese von den Medien bereits beantwortet zu sein, da dort von ansteigendem Bewegungsmangel der heutigen Kinder gegenüber früheren Generationen berichtet wird. Wenn es in den Diskussionen um den Gesundheitszustand unserer Kinder geht, nimmt die körperlich-sportliche Aktivität eine entscheidende Rolle ein. Bewegungsmangel ist hierbei ein zentraler Begriff der in der Öffentlichkeit diskutiert wird. Bei der Betrachtung der einzelnen Studien fällt auf, dass deutliche Defizite in der Messung der körperlich-sportlichen Aktivität bestehen. Zentraler Kritikpunkt in den meisten Studien ist die subjektive Erfassung der körperlich-sportlichen Aktivität. Ein Großteil bisheriger Untersuchungen zum Bewegungsverhalten basiert auf Beobachtungen, Befragungen oder Bewegungstagebüchern. Diese liefern ausschließlich zum Teil subjektive Einschätzungen der Kinder oder Eltern über die tatsächliche Bewegungszeit und -intensität. Das objektive Erfassen der Aktivität bzw. Inaktivität ist zwar seit einigen Jahren zentraler Gegenstand vieler Studien, dennoch gilt es, dieses noch sachkundiger zu lösen, um subjektive und objektive Daten zu vergleichen. Um dem Bewegungsmangel der heutigen Kinder entgegenzuwirken, sind empirisch abgesicherte Erkenntnisse über die Bedingungsfaktoren und die Folgen des veränderten Bewegungsverhaltens dringend nötig. Die Quer- und Längsschnittuntersuchung umfasst die Bereiche Anthropometrie, die Erfassung der körperlich-sportlichen Aktivität und die Herzfrequenzmessung über 24h. Für die Studie konnten 106 Jungen und Mädchen im Zeitraum von Januar 2007 bis April 2009 rekrutiert und überprüft werden. Die physiologischen Parameter wurden mit Hilfe des ACTIHEART-Messsytems aufgezeichnet und berechnet. Die Ergebnisse zur körperlich-sportlichen Aktivität wurden in die Untersuchungsabschnitte Schulzeit gesamt, Pause, Sportunterricht, Nachmittag und 24h unterteilt. Durch das Messsystem werden die Bewegungsaktivität und die Herzfrequenz synchron aufgezeichnet. Das System nimmt die Beschleunigungswerte des Körpers auf und speichert sie im frei wählbaren Zeitintervall, Short oder Long Term, in Form von „activity counts“ ab. Das Messsytem berechnet weiterhin die Intensität körperlicher Aktivität.
Kraft und Kognition
(2023)
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].