Einleitung: Es konnte gezeigt werden, dass die Applikation von Kompressionsbekleidung zu einem erhöhten Blutfluss bei Patienten mit venöser Insuffizienz führt und das Thromboserisiko bei bettlägerigen und postoperativen Patienten reduziert. Davon ausgehend, dass Kompressionsbekleidung auch bei gesunden und trainierten Athlet/innen zu einer verbesserten Hämdynamik führt, wurde eine Vielzahl an Studien durchgeführt, die nach einer Leistungssteigerung durch das Tragen von Kompressionsbekleidung während sportlicher Belastung gesucht haben. Die Ergebnisse der bisher veröffentlichten Studien widersprechen sich jedoch häufig und lassen kein abschließendes Fazit bezüglich ergogener Effekte von Kompressionsbekleidung auf die Leistung während körperlicher Belastung zu. Auch ist unklar, welche physiologischen und/oder biomechanischen Mechanismen bei gesunden und trainierten Athlet/innen zu einer potentiellen Leistungssteigerung führen könnten. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher: 1) Belastungsarten und –intensitäten zu identifizieren, bei denen das Tragen von Kompressionsbekleidung leistungssteigernde Effekte verspricht, 2) die identifizierten Potentiale anhand empirischer Datenerhebung zu evaluieren und 3) die physiologischen und biomechanischen Mechanismen zu untersuchen, die einer möglichen Leistungssteigerung mit Kompressionsbekleidung bei gesunden und trainierten Athlet/innen zugrunde liegen könnten. Methodik: Mittels eines Übersichtsartikels und Berechnung von Effektstärken wurden verschiedene Belastungsarten und -intensitäten identifiziert, bei denen das Tragen von Kompressionsbekleidung leistungssteigernde Effekte verspricht (Studie 1). Auch wurden die möglichen Mechanismen zusammengetragen, die einer Leistungssteigerung zugrunde liegen könnten. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden die Untersuchungsprotokolle für die weiteren Studien entwickelt. In Studie 2 absolvierten hoch-trainierte Eisschnellläufer/innen eine 3000 m Wettkampfsimulation mit und ohne Kompressionsbekleidung in randomisierter Reihenfolge. Physiologische Daten wurden mittels mobiler Spirometrie und Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) erhoben. Des Weiteren wurden Athletinnen aus Mannschaftssport und Leichtathletik einer intermittierenden Sprintbelastung mit dreißig 30 m Sprints und einer Abgangszeit von einer Minute mit und ohne Kompressionsbekleidung in randomisierter Reihenfolge unterzogen (Studie 3). Neben mobiler Spirometrie und NIRS wurden biomechanische Daten mittels kinematischer Bewegungsanalyse und Elektromyographie erhoben. Ergebnisse:Studie 1 zeigte ein leistungssteigerndes Potential mit der Applikation von Kompressionsbekleidung bei hoch-intensiver und weniger bei submaximaler Belastungsintensität. Insbesondere hoch-intensive Ausdauer- (> 3 Minuten), Sprint- und Sprungbelastung als auch die Erholungsfähigkeit von Kraft- und Schnellkraft scheinen durch Kompressionsbekleidung verbessert. Die Ergebnisse zeigen auch, dass bisher nur wenige Daten bei weiblichen Sportlern erhoben wurden. Auch evaluierten nur wenige Studien die Effekte von Kompressionsbekleidung bei Athlet/innen auf höchstem Leistungsniveau. In Studie 2 zeigte die Applikation von Kompressionsbekleidung während der 3000 m Wettkampfsimulation bei hoch-trainierten Eisschnellläufer/innen keinen Effekt auf die Laufleistung. Auch blieben mittels NIRS gemessenes Blutvolumen und Muskeloxygenierung im m. quadrizeps femoris sowie alle weiteren kardio-respiratorischen, metabolischen und subjektiven Parameter unbeeinflusst. Dagegen war die Laufleistung während eines intermittierenden (30 x 30 m) Sprintprotokolls mit Kompressionsbekleidung signifikant verbessert (Studie 3). Auch in dieser Untersuchung blieben alle gemessenen hämodynamischen, kardio-respiratorischen und metabolischen Parameter unbeeinflusst. Die kinematische Bewegungsanalyse zeigte jedoch, dass Kompressionsbekleidung zu veränderter Lauftechnik führt und die Schrittlänge bei gleichbleibender Schrittfrequenz vergrößert. Auch wurde die Sprintbelastung lokal an der Oberschenkelmuskulatur subjektiv weniger anstrengend empfunden. Zusammenfassung und Fazit: Die Applikation von Kompressionsbekleidung zeigte keine generelle leistungssteigernde Wirkung während körperlicher Belastung bei gesunden und trainierten Athlet/innen. Abhängig von Belastungsart und –intensität manifestieren sich ergogene Effekte während hoch-intensiver Lauf- insbesondere intermittierender Sprintbelastungen. Im Zusammenhang mit weiteren Untersuchungen scheinen die ergogenen Effekte jedoch nicht auf veränderter Hämodynamik zu basieren. Der blutflusssteigernde Effekt von Kompressionsbekleidung, der in klinischen Studien bei Patienten mit venöser Insuffizienz gezeigt wurde, lässt sich nicht in gleichem Maße bei gesunden und trainierten Athlet/innen nachweisen. Vielmehr scheinen kinematische und subjektive Parameter, wie eine veränderte Lauftechnik und verringertes Belastungsempfinden, die intermittierende Sprintleistung verbessert zu haben. / Introduction: Compression clothing has been shown to improve blood flow in patients suffering from insufficient venous valves. Assuming that the hemodynamics may be improved with compression clothing in healthy and trained individuals as well, many studies have evaluated the effect of compression clothing during various types of exercise. However, previous research has reported conflicting results and it remains unclear whether compression clothing has any performance enhancing effects. Therefore, the aim of the thesis was to 1) identify types and intensities of exercise that might benefit by the application of compression clothing, 2) provide evidence-based data on possible performance enhancing effects and 3) evaluate and explain the underlying physiological and biomechanical mechanisms associated with the application of compression clothing in healthy and trained individuals. Methods: To identify the potential types and intensities of exercise that might benefit by the application of compression clothing, a literature review and an effect size calculation analysis were performed (Study 1). As well, the potential physiological and biomechanical mechanisms that possibly could lead to an improved exercise performance in healthy and trained individuals were summarized from the literature. In Study 2, elite ice speed skaters performed a 3000 m race simulation with and without compression clothing in a randomized order. Cardio-respiratory, hemodynamic and metabolic data were measured using a portable gas analyzer and a wireless near-infrared spectroscopy device. In Study 3, athletes from team sports and track-and-field performed a repeated sprint protocol consisting of thirty 30 m sprints (one sprint initiated every minute) with and 6 without compression clothing in a randomized order. Additional to the physiological data, video analysis and electromyography were used to evaluate running technique and neuro-muscular effects with the application of compression clothing. Results: Study 1 revealed a possible ergogenic effect of compression clothing during high-intensity rather than submaximal exercise. A practical meaningfulness to apply compression clothing was shown for high-intensity endurance exercise such as timeto-exhaustion and time trial performance (> 3 min), repeated sprinting and jumping as well as recovery of muscular strength and power. Study 1 showed that more research is necessary to understand the effects of compression clothing in females, and welltrained or elite athletes. Additionally, the mechanisms underlying possible ergogenic effects of compression clothing in healthy and trained individuals need to be investigated. Based on the results of Study 1, the exercise protocols for Study 2 and 3 were designed. Study 2 showed, that there were no performance benefits when applying compression clothing during a 3000 m race simulation in elite ice speed skaters. None of the measured cardio-respiratory, hemodynamic, metabolic or subjective parameters were affected. In contrast, the application of compression clothing improved the repeated sprint performance (30 x 30 m) in Study 3. All measured cardio-respiratory, hemodynamic, and metabolic parameters remained unaffected. Kinematic data however revealed that there was an altered running technique with increased step length but unchanged step frequency. Perceived exertion was reduced in upper leg muscles with compression clothing. Conclusion: There is no overall performance boosting effect with the application of compression clothing. Performance seems to be improved during high-intensity 7 exercise, especially repeated sprinting, rather than prolonged and submaximal exercise protocols. Unlike in patients suffering from insufficient venous valves, in healthy and trained individuals the application of compression clothing does not seem to alter hemodynamics or enhance blood flow. Rather, biomechanical and subjective data, such as altered running technique and reduced perceived exertion, seemed to improve repeated sprint performance.

Die hier vorliegende Arbeit hatte in einem ersten Schritt das Ziel, die physiologische Beanspruchung ausgewählter Muskeln des Hals-, Nacken – und Schulterbereiches unter positiven Beschleunigungskräften zu ermitteln und den Einfluss unterschiedlicher Helmsysteme sowie Bewegungen des Kopfes zu analysieren. Dafür wurde die Methode der Oberflächenelektromyographie genutzt, eine Technik, welche myoelektrische Signale, die Muskeln bei ihren Kontraktionsvorgängen erzeugen, erfassen kann. Im Speziellen wurde die Normalisierungsmethode der maximalen Willkürkontraktion (MVC-Normalisierung) gewählt, bei der das mikrovoltbasierte Signal zu einer vorher durchgeführten Maximalkontraktion der zu messenden Muskulatur (Referenzwert = 100%) in Relation gesetzt wird. Somit wird ein prozentualer, quantifizierbarer Wert generiert. In der Humanzentrifuge der Bundeswehr, die am Zentrum für Luft- und Raumfahrtmedizin der Luftwaffe in Königsbrück bei Dresden steht, wurden 18 Probanden unterschiedlich hohen Beschleunigungsexpositionen ausgesetzt. Dabei wurden die muskulären Aktivitäten bilateral des M. sternocleidomastoideus, des M. trapezius Pars descendens und des M. erector spinae ermittelt. Im Anschluss daran wurden die Daten mit vorhandener Literatur im flugmedizinischen Kontext verglichen. Weiterhin wurde das subjektive Belastungsempfinden der Probanden während der Beschleunigungsexpositionen erhoben. Diese Studie zeigt, dass die muskuläre Beanspruchung der HWS-Muskulatur, während positiver Beschleunigung, im Wesentlichen durch die Beschleunigung selbst und durch Kopfbewegungen beeinflusst wird. Weiterhin erhöhen zusätzliche Helmsysteme in Verbindung mit Beschleunigung und Bewegung die muskuläre Beanspruchung signifikant. Auch das subjektive Belastungsempfinden nahm mit zunehmender Beschleunigung und Gewichtszunahme durch die Helmsysteme zu und war im Nackenbereich am höchsten. Insgesamt erwies sich die Methode der Oberflächenelektromyographie als valide Messmethode zur Bestimmung der physiologischen Beanspruchung der Muskulatur unter Beschleunigungskräften, allerdings nur, sofern sich die Halswirbelsäule in einer neutralen Position befand. In einem weiteren Schritt, sollte nun überprüft werden, ob die physiologische Beanspruchung im Bereich der Halswirbelsäule unter positiven Beschleunigungskräften durch ein - speziell für das Umfeld der Jet-Fliegerei konzipiertes - Trainingsprogramm verringert werden kann. Dafür wurden die 18 Probanden in eine Trainings- (12 Personen) und Kontrollgruppe (6 Personen) unterteilt und mit Hilfe unterschiedlicher Validierungskriterien wurde ein 12-wöchiges funktionelles Ganzkörpertraining - mit Schwerpunkt des Muskelaufbaus im Hals-, Nacken- und Schulterbereich - in einem Pre-Posttest-Design überprüft. Die Validierungskriterien setzten sich sowohl aus qualitativen als auch quantitativen Methoden zusammen. Es wurden grundsätzliche anthropometrische Daten erhoben, Fragebögen erarbeitet als auch Maximalkraftmessungen in allen Bewegungsrichtungen der Halswirbelsäule durchgeführt. Zusätzlich zu den „gängigen“ Methoden wurden die schon beschriebenen Oberflächenelektromyographiemessungen in der Humanzentrifuge angewandt, um zu analysieren, ob objektiv nachgewiesen werden kann, dass ein Training einen positiven Einfluss auf die physiologische Beanspruchung der Muskulatur unter positiven Beschleunigungskräften haben kann. Diese Validierungsmethode wurde in der gesichteten Literatur im flugmedizinischen Kontext in diesem Umfang noch nicht angewandt. Weiterhin wurden die analysierten Muskeln vor als auch nach der Interventionsphase mit Hilfe der Magnetresonanztomographie volumetriert. Somit konnte auch die autochthone schwer zu analysierende Nackenmuskulatur untersucht werden. Insgesamt konnte mit allen gewählten Methoden nachgewiesen werden, dass durch das Training die physiologische Beanspruchung der Muskulatur subjektiv als auch objektiv verringert wurde. Speziell unter Beschleunigung wurden in der Trainingsgruppe - während die Probanden einen Helm trugen - signifikante Abnahmen der muskulären Aktivität im Posttest festgestellt. Auch das Muskelvolumen nahm in der Trainingsgruppe bei allen untersuchten Muskeln signifikant zu. Die hier vorliegende Studie stellt eine validierte Möglichkeit dar, die Gesunderhaltung des fliegenden Personals nachweislich zu unterstützen und leistet einen Beitrag in der komplexen Thematik zur Verringerung von Wirbelsäulenbeschwerden bei Luftfahrzeugbesatzungen. / In a first step, the aim of this study was to determine the physiological demands on selected muscles of the neck and shoulder area under g-forces and to analyse the influence of different helmet systems and head movements. For this purpose, the method of surface electromyography was used, a technique which can detect myoelectric signals generated by muscles during their contractions. In particular, the normalization method of maximum voluntary contraction (MVC normalization) was chosen, in which the microvolt-based signal is related to a previously performed maximum contraction of the muscles to be measured (reference value = 100%). Thus, a percentage, quantifiable value is generated. In the Human Centrifuge of the German Armed Forces, 18 volunteers were exposed to g forces of different magnitudes. The muscular activities of the sternocleidomastoid muscle, the trapezius pars descendens muscle and the erector spinae muscle were determined bilaterally. Subsequently, the data were compared with existing literature in the aeromedical context. Furthermore, the subjective stress sensation of the test persons during the acceleration exposures was determined. This study shows that the muscular strain on the cervical spine muscles during positive acceleration is essentially influenced by the acceleration itself and by head movements. Furthermore, additional helmet systems in combination with acceleration and movement significantly increase muscular stress. The subjective sensation of stress also increased with increasing acceleration and weight gain by the helmet systems and was highest in the neck area. Overall, the method of surface electromyography proved to be a valid measuring method for determining the physiological strain on the muscles under g-forces, but only if the head was in a neutral position. In a further step, it was now to be examined whether the physiological stress in the cervical spine area under g-forces was caused by a training program specially designed for the jet aviation environment. The 18 test persons were divided into a training group (12 persons) and a control group (6 persons) and with the help of different validation criteria, a 12-week functional whole body workout - with a focus on muscle strength in the neck, neck and shoulder area - was tested in a pre-post test design. The validation criteria consisted of both qualitative and quantitative methods. Basic anthropometric data were collected, questionnaires were developed and maximum force measurements were carried out in all directions of movement of the cervical spine. In addition to the "current" methods, the surface electromyography measurements already described were applied in the human centrifuge in order to analyse whether it can be objectively proven that training can have a positive influence on the physiological strain on the muscles under positive acceleration forces. This validation method has not yet been applied to this extent in the literature reviewed in the aeromedical context. Furthermore, the analyzed muscles were volumetrated before and after the intervention phase by means of magnetic resonance imaging (MRI). Thus, the deep neck muscles, which were difficult to analyze, could also be examined. All in all, it could be proven with all methods chosen that the physiological strain on the muscles was reduced subjectively as well as objectively by the training. Especially under g-forces, significant decreases in muscular activity were observed in the post-test in the training group - while the test persons wore a helmet. The muscle volume in the training group also increased significantly for all examined muscles. The present study represents a validated possibility to support the health maintenance of flying personnel and makes a contribution to the complex topic of reducing spinal discomfort in aircraft crews.