Bakgrund: Att råka ut för en kritisk sjukdom som kräver intensivvård kan medföra en snabb reducering av muskelmassa och en samtidig muskelsvaghet. Förändringar som även är associerade med förlängd sjukhusvistelse, en minskning av den funktionella återhämtningen efter utskrivning och som kan resultera i en försämrad livskvalitet för patienten. Flera studier har visat att intensivvårdspatientens nutritionsintag efter intensivvård ofta är otillräcklig Motiv: Ungefär var tionde patient råkar ut för någon form av vårdskada och då inkluderas även skador som inte är relaterad till den underliggande sjukdomen och således hade kunnat undvikas. En säker vård innebär att ha kunskap om riskerna och att arbeta så att riskerna minimeras Syfte: Studiens syfte var att undersöka hur mycket näring intensivvårdspatienter som vårdats tre dagar eller mer på IVA erhåller på vårdavdelningen och om mängden näringstillförseln påverkar patientens rörlighet, muskelkraft och antal dagar på sjukhus. Metod: Studien har en kvantitativ design och är en del av en större pågående feasability studie. Data som samlades in var dagligt energiintag inklusive intravenöstoch enteralt intag fram till utskrivning eller max 28 dagar. Var 3–5 dag kontrollerades greppstyrka och ICU Mobility Scale för analys av muskelkraft och rörlighet. 33 patienter inkluderades genom konsekutivt urval. Kriterier för inklusion var patienter >18år som vårdats tre dagar eller mer på IVA och kunnat ge muntligt och skriftligt samtycke till studien. Resultat: Resultatet visade en stor variation i intaget både vad gäller kalorier och protein. Samma patient kunde under sin vårdtid ha såväl ett betydande underskott som ett överskott när det gäller erhållna kalorier i relation till det uppmätta energibehovet. Samtidigt fanns det patienter som aldrig uppnådde sitt energibehov under hela vårdtiden. Näringsintagets påverkan på rörlighet och muskelkraft visade på en svag signifikant negativ korrelation vid den andra mätningen Konklusion: Ingen av patienterna erhöll sitt uppmätta kaloribehov under hela vårdtiden. Majoriteten av vårdtiden fick mer än hälften (57,58 %) av patienterna under 80 procent av sitt energibehov. Det fanns en signifikant men svag negativ korrelation vid andra mätningen när kalori- och proteinintaget korrelerades mot patientens rörlighet (ICU mobility) och greppkraft med undantag av kaloriintag mot rörlighet. Vid tredje mättillfället fanns sambandet inte längre kvar. / Background: Suffering from a critical illness that requires intensive care can lead to a rapid reduction in muscle mass and a simultaneous muscle weakness. Changes that are also associated with prolonged hospital stay, a decrease in functional recovery after discharge and that can result in a decreased quality of life for the patient. Several studies have shown that the intensive care patient's nutritional intake after intensive care often is insufficient.  Motive: Approximately every tenth patient experiences some form of medical injury, and this also includes injuries that are not related to the underlying disease and that could have been avoided. Safe care means having knowledge of the risks and working to minimize the risks.  Aim: The purpose of the study was to investigate how much nutrition intensive care patients who have been treated for three days or more in ICU receive in the ward and whether the amount of nutrition affect the patient's mobility, muscle strength and number of days in hospital. Methods: The study has a quantitative design and is part of a larger ongoing feasibility study. The data collected was daily energy intake including intravenous and enteral intake until discharge or a maximum of 28 days. Every 3–5 days, grip strength and the ICU Mobility Scale were checked for analysis of muscle strength and mobility. 33 patients were included through consecutive selection. Inclusion criteria were patients >18 years of age who were treated for three days or more in the intensive care unit and were able to give verbal and written consent to the study.  Result: The result showed a large variation in intake both in terms of calories and protein. The same patient could, during his period of care, have both a significant deficit and an excess in terms of calories received in relation to the measured energy requirement. At the same time, there were patients who never achieved their energy needs during the entire period of care. The impact of nutritional intake on mobility and muscle strength showed a weak significant negative correlation at the second measurement.  Conclusion: None of the patients received their measured caloric needs during the entire period of care. For most of the time at the ward, more than half (57.58%) of the patients received less than 80 percent of their energy need. There was a significant but weak negative correlation at the second measurement when caloric and protein intake was correlated to the patient's mobility (ICU mobility) and grip strength except for caloric intake to mobility. At the third measurement occasion, the connection no longer existed.

Background Osteoarthritis (OA) of the hip is a common disease among elderly adults and its prevalence increases with age. Hip OA is presumed to be a group of diseases resulting in the same pathological pathway, but its etiology is not completely understood. The major symptoms are joint pain, joint stiffness, impaired range of motion, and muscle weakness resulting in increased levels of physical disability (PD) and reduced quality of life. Besides the impairments of the individual subject a heavy economic burden goes along with the disease and is expected to increase due to aging societies in western countries throughout the upcoming years. Exercise therapy (ET), including elements to strengthen the hip muscles, is a common treatment in hip OA and considered to reduce pain and PD. Currently, there is only silver-level scientific evidence regarding the effectiveness of ET in hip OA due to a limited number of high quality studies. Furthermore, the optimal content and dosage, as well as the mode of delivery of ET need to be evaluated. This doctoral thesis deals with three specific aspects of hip muscle strength (HMS) in patients with hip OA: the precision of measuring HMS, training HMS, and the relevance of HMS to physical disability (PD). Three studies and one study protocol provide the scientific program of this thesis, referring to these aspects of HMS. Methods The first study (S1) investigated the reproducibility of isokinetic and isometric HMS measures in patients with hip OA. 16 subjects with unilateral or bilateral hip OA and 13 healthy subjects were tested twice, 7 days apart. A subpopulation of 11 hip OA patients was tested a third time to evaluate familiarization to these measurements. The standard error of measurement (SEM) served as the reproducibility outcome parameter. The second study (S2) investigated the feasibility of strengthening exercises and their effect on HMS in hip patients. 36 participants from an institutional training group for hip patients were allocated randomly to an intervention or control group. While the intervention group completed an eight-week progressive home-based strengthening exercise program (PHSEP) in addition to the weekly institutional supervised group-based exercise therapy (ISET), the control group continued weekly ISET, only. Exercise logs were used to monitor adherence, pain, and the applied exercise intensity of the PHSEP. Before and after the intervention period, HMS was determined using isokinetic concentric and isometric HMS measurements. Additionally, health-related quality of life was assessed by the SF36 questionnaire. These two studies served as a basis for developing strength-specific aspects of a study design for a randomized controlled trial (RCT), which was in progress at the writing of this thesis. This RCT addresses the above-mentioned lack of scientific evidence about the effectiveness of ET in hip OA. A study protocol (P1) describes this RCT, which evaluates the effectiveness of ET on pain and PD in patients with hip OA. 217 patients with hip OA were recruited from the community and allocated to one of the four groups: (1) exercise group, n = 70 (2) non-intervention group, n = 70, (3) “Sham” ultrasound group, n = 70, and (4) ultrasound group, n = 7. The main outcome measure is the change in the subscale bodily pain of the SF36. Secondary outcomes are PD assessed by the SF36 and the WOMAC questionnaire, isometric HMS, several gait variables and postural control. Finally, the relationship of HMS and PD in hip OA was investigated in a third (cross-sectional) study (S3). A stepwise regression model was applied with data from 149 subjects suffering from hip OA. The outcome variable was the self-reported physical disability, assessed with the physical function subscale of the WOMAC questionnaire. Age, gender, body mass index BMI , HMS, pain, stiffness, and range of motion were included in the statistical model as associated factors of PD. Results The results of S1 showed high variability in HMS measurements between days. The highest SEM values, indicating poorest reproducibility, were obtained for hip extension, followed by hip adduction and hip flexion measures, while the smallest values were found for hip abduction measures. Lower reproducibility occurred in patients with hip OA in comparison to healthy controls during the isometric measures of hip abduction, adduction, and flexion. Reproducibility of 11 hip OA patients was lower for the second test sequence (test-day 2 and 3) than for the first test sequence (test-day 1 and 2). The findings of S2 indicated high exercise adherence (99%) of the intervention group to the applied PHSEP. Furthermore, exercise logs reported that pain resulting from the PHSEP was low. HMS improved about 7-11% in comparison to the control group. The SF36 variables did not change throughout the exercise period. In S3, the statistical model revealed stiffness, pain, and HMS to be significant factors of self-reported physical disability in hip OA. Conclusion In conclusion, the precision of several HMS measures may be affected by hip OA and clinicians should be aware of a higher measurement error in patients with hip OA under isometric test conditions than for healthy subjects. A familiarization measurement may be an approach to diminish the measurement error. The applied PHSEP amended to an ISET is feasible for hip patients to carry out and can be applied to improve HMS. Furthermore, a significant cross-sectional relationship between HMS and PD has been evaluated, indicating that HMS may be an important factor to stimulate during exercise therapy in hip OA. The upcoming results of the RCT (P1) described in the study protocol will help to reduce the shortcomings in scientific evidence regarding the effectiveness of strengthening exercise regimes to reduce pain and PD in patients with hip OA. / Hintergrund Coxarthrose ist eine weit verbreitete Krankheit in der älteren Bevölkerung westlicher Industrienationen. Die Bedeutung und Zahl der Neuerkrankungen nehmen mit steigendem Lebensalter zu. Schmerz, Steifheit, Bewegungseinschränkungen und Muskelschwäche zählen zu den Leitsymptomen dieser Krankheit, die sich in einer zunehmenden körperlichen Funktionseinschränkung und eingeschränkten Lebensqualität der Patienten äußern. Neben der Bedeutung für die betroffenen Patienten selbst wachsen in westlichen Industrienationen aufgrund der demographischen Entwicklung hin zu einer alternden Gesellschaft der Druck und die finanzielle Belastung auf die Renten- und Gesundheitssysteme. Die Sporttherapie wird häufig in frühen Stadien der Krankheit eingesetzt und zählt zu den konservativen Therapieverfahren. Nach aktuellem Stand der Wissenschaft scheinen sporttherapeutische Interventionen mit Trainingselementen zur Kräftigung der hüftumgebenden Muskulatur sinnvoll. Dennoch wurde die Wirksamkeit von Sporttherapie bei Coxarthrose bisher nur in einzelnen Studien nachgewiesen (Silver-level Evidence). Es fehlen qualitativ hochwertige randomisierte Kontrollgruppenstudien (RCTs). Zudem ist bislang ungeklärt, wie ein optimales Trainingsprogramm bei Coxarthrose hinsichtlich der Inhalte, Dosierung und Durchführungsmodalität zu gestalten ist, um Schmerz und körperliche Funktionseinschränkungen bestmöglich zu therapieren. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit drei Aspekten der Hüftmuskelkraft bei Patienten mit Coxarthrose. Drei entsprechende Studien, die in vier wissenschaftlichen Artikeln aufgearbeitet wurden, bilden den wissenschaftlichen Schwerpunkt der Arbeit. Methode Die erste Studie (S1) befasst sich mit der Messgenauigkeit von Hüftkraftmessungen bei Coxarthrosepatienten. Unter diesem Aspekt wurden isometrische und isokinetische Kraftmessgrößen an der Hüfte bei 16 Coxarthrosepatienten und 13 gesunden Personen zwei Mal im Abstand von sieben Tagen erhoben. Bei einer Teilstichprobe von 11 Coxarthrosepatienten wurden die Messungen ein drittes Mal durchgeführt, um mögliche Gewöhnungseffekte zu evaluieren. Der Standard Error of Measurement (SEM) wurde verwendet, um den Messfehler zu quantifizieren. Die zweite Studie (S2) greift einen weiteren Aspekt auf, der sich auf das Training der Hüftmuskelkraft bei Hüftpatienten bezieht. Hier wurde die Machbarkeit eines ergänzenden Heimtrainingsprogramms zur Kräftigung der hüftumgebenden Muskulatur evaluiert sowie mögliche Auswirkungen auf die Hüftmuskelkraft untersucht. 36 Teilnehmer einer Hüftsportgruppe mit Coxarthrose und/oder einer Total-Endoprothese (TEP) wurden randomisiert in zwei Untersuchungsgruppen aufgeteilt. Während die Patienten der Kontrollgruppe im Untersuchungszeitraum weiterhin wöchentliche institutionelle sporttherapeutische Trainingseinheiten wahrnahmen, führten die Patienten der Interventionsgruppe zusätzlich Heimtrainingseinheiten zur Kräftigung der Hüftmuskeln durch. Vor und nach der Intervention wurden isometrische und isokinetische Maximalkraftmessungen durchgeführt. Die Patienten der Trainingsgruppe haben ein Trainingstagebuch geführt, um die Teilnahme am Heimtrainingsprogramm und mögliche Schwierigkeiten damit zu dokumentieren. Der SF36 Fragebogen wurde eingesetzt, um die gesundheitsbezogene Lebensqualität im Verlauf zu kontrollieren. Die Erkenntnisse der beiden beschriebenen Studien wurden verwendet, um kraftspezifische Aspekte eines Studiendesigns zu entwickeln. Dieses Studiendesign entspricht einem RCT und soll die Effektivität eines sporttherapeutischen Trainingskonzepts hinsichtlich Schmerzreduktion und Verbesserung der körperlichen Funktionsfähigkeit überprüfen. 217 Hüftarthrosepatienten werden rekrutiert und randomisiert auf eine der folgenden Untersuchungsgruppen aufgeteilt: (1) Trainingsgruppe, n = 70 (2) Kontrollgruppe ohne Intervention, n = 70, (3) “Schein” Ultraschallgruppe, n = 70, und (4) Ultraschallgruppe, n = 7. Die primäre Zielgröße ist Veränderung in der Subskala „Körperliche Schmerzen“ des SF36-Fragebogens. Sekundäre Zielgrößen sind Schmerz und Körperliche Funktionsfähigkeit aus dem WOMAC-Fragebogen, weiteren Subskalen des SF36-Fragebogens, isometrische Hüftmuskelkraft, verschiedene Variablen des Gangs und posturale Kontrolle. Die Bedeutung der Hüftmuskelkraft auf die alltagsrelevante körperliche Funktionsfähigkeit stellt den dritten Aspekt dieser Dissertation dar und wurde in Studie 3 (S3), einer Querschnittsuntersuchung an 149 Coxarthrosepatienten behandelt. Ziel der Studie war die Untersuchung des Zusammenhangs verschiedener Variablen und der alltagsbezogenen körperlichen Funktionsfähigkeit. In einem statistisches Modell wurde die Beziehung zwischen den Variablen: Hüftmuskelkraft, Body Mass Index (BMI), Alter, Geschlecht, Schmerz, Steifheit und Beweglichkeit der Hüfte und der Subskala „Körperliche Funktionsfähigkeit“ des WOMAC-Fragebogens als Maß für die alltagsbezogene körperlichen Funktionsfähigkeit berechnet. Ergebnisse In der ersten Studie (S1) wurden die größten Messfehler in den Messgrößen Hüftextension ermittelt. Danach folgten die Messgrößen Hüftadduktion und -flexion. Der geringste Messfehler wurde für Hüftabduktion ermittelt. Unter isometrischen Bedingungen wurden in den Kraftmessgrößen Hüftabduktion, -adduktion und -flexion bei Coxarthrosepatienten größere Messfehler quantifiziert als bei gesunden Personen. Zudem war die Reproduzierbarkeit in der ersten Test-Sequenz (Messtag 1 und 2) im Vergleich zur zweiten Test-Sequenz reduziert (Messtag 2 und 3). In der zweiten Studie (S2) konnte gezeigt werden, dass das verwendete Heimtrainingsprogramm sicher und selbstständig von den Hüftpatienten durchgeführt werden konnte. Die Trainingstagebücher ließen auf eine nahezu hundertprozentige Teilnahme am ergänzenden Heimtrainingsprogramm schließen und zeigten außerdem, dass das Heimtrainingsprogramm keine schmerzverursachende Wirkung hatte. Nach der Intervention war die Kraft der hüftumgebenden Muskulatur im Vergleich zur Kontrollgruppe um 7-9% gesteigert. Befunde hinsichtlich einer veränderten Lebensqualität konnten nicht registriert werden. Das statistische Modell, das in der dritten Studie (S3) eingesetzt wurde, erkannte Schmerz, Steifheit und Hüftmuskelkraft als die drei bedeutsamsten Faktoren für die alltagsbezogene körperliche Funktionsfähigkeit bei Patienten mit Coxarthrose. Schlussfolgerungen Kraftmessungen an der Hüfte scheinen erheblichen Tagesschwankungen ausgesetzt zu sein. Bei Coxarthrosepatienten und gesunden Personen scheint sich die Wiederholbarkeit von isokinetischen Kraftmessungen zu ähneln. Unter isometrischen Testbedingungen muss mit höheren Messfehlern bei Coxarthrosepatienten gerechnet und entsprechend bei der Interpretation von Ergebnissen berücksichtigt werden. Eine Gewöhnungsmessung kann den Messfehler reduzieren, birgt allerdings einen erheblich höheren finanziellen und personellen Aufwand. Das ergänzende Heimtrainingsprogramm wurde von den Patienten gut angenommen, so dass lediglich kleinere Modifikationen vorgenommen werden mussten, um es in dem geplanten RCT zu evaluieren. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Hüftmuskelkraft zu den drei bedeutsamsten Faktoren zählt, die Einfluss auf die alltagsbezogene körperliche Funktionsfähigkeit bei Patienten mit Coxarthrose haben können. Ob diese Beziehung tatsächlich kausaler Natur ist, werden zukünftige Verlaufsstudien aufzeigen, in denen gezielt solche Faktoren der alltagsrelevanten körperliche Funktionsfähigkeit durch sporttherapeutische Maßnahmen modifiziert werden. Die ausstehenden Ergebnisse des RCT sollen die noch unzureichende wissenschaftliche Beweislage bezüglich der Wirksamkeit sporttherapeutischer Interventionen bei Coxarthrose verbessern. Dabei soll gezeigt werden, ob und in welchem Maß eine Schmerzreduktion und Verringerung der körperlichen Funktionseinschränkung erzielt werden kann.

Background Osteoarthritis (OA) of the hip is a common disease among elderly adults and its prevalence increases with age. Hip OA is presumed to be a group of diseases resulting in the same pathological pathway, but its etiology is not completely understood. The major symptoms are joint pain, joint stiffness, impaired range of motion, and muscle weakness resulting in increased levels of physical disability (PD) and reduced quality of life. Besides the impairments of the individual subject a heavy economic burden goes along with the disease and is expected to increase due to aging societies in western countries throughout the upcoming years. Exercise therapy (ET), including elements to strengthen the hip muscles, is a common treatment in hip OA and considered to reduce pain and PD. Currently, there is only silver-level scientific evidence regarding the effectiveness of ET in hip OA due to a limited number of high quality studies. Furthermore, the optimal content and dosage, as well as the mode of delivery of ET need to be evaluated. This doctoral thesis deals with three specific aspects of hip muscle strength (HMS) in patients with hip OA: the precision of measuring HMS, training HMS, and the relevance of HMS to physical disability (PD). Three studies and one study protocol provide the scientific program of this thesis, referring to these aspects of HMS. Methods The first study (S1) investigated the reproducibility of isokinetic and isometric HMS measures in patients with hip OA. 16 subjects with unilateral or bilateral hip OA and 13 healthy subjects were tested twice, 7 days apart. A subpopulation of 11 hip OA patients was tested a third time to evaluate familiarization to these measurements. The standard error of measurement (SEM) served as the reproducibility outcome parameter. The second study (S2) investigated the feasibility of strengthening exercises and their effect on HMS in hip patients. 36 participants from an institutional training group for hip patients were allocated randomly to an intervention or control group. While the intervention group completed an eight-week progressive home-based strengthening exercise program (PHSEP) in addition to the weekly institutional supervised group-based exercise therapy (ISET), the control group continued weekly ISET, only. Exercise logs were used to monitor adherence, pain, and the applied exercise intensity of the PHSEP. Before and after the intervention period, HMS was determined using isokinetic concentric and isometric HMS measurements. Additionally, health-related quality of life was assessed by the SF36 questionnaire. These two studies served as a basis for developing strength-specific aspects of a study design for a randomized controlled trial (RCT), which was in progress at the writing of this thesis. This RCT addresses the above-mentioned lack of scientific evidence about the effectiveness of ET in hip OA. A study protocol (P1) describes this RCT, which evaluates the effectiveness of ET on pain and PD in patients with hip OA. 217 patients with hip OA were recruited from the community and allocated to one of the four groups: (1) exercise group, n = 70 (2) non-intervention group, n = 70, (3) “Sham” ultrasound group, n = 70, and (4) ultrasound group, n = 7. The main outcome measure is the change in the subscale bodily pain of the SF36. Secondary outcomes are PD assessed by the SF36 and the WOMAC questionnaire, isometric HMS, several gait variables and postural control. Finally, the relationship of HMS and PD in hip OA was investigated in a third (cross-sectional) study (S3). A stepwise regression model was applied with data from 149 subjects suffering from hip OA. The outcome variable was the self-reported physical disability, assessed with the physical function subscale of the WOMAC questionnaire. Age, gender, body mass index BMI , HMS, pain, stiffness, and range of motion were included in the statistical model as associated factors of PD. Results The results of S1 showed high variability in HMS measurements between days. The highest SEM values, indicating poorest reproducibility, were obtained for hip extension, followed by hip adduction and hip flexion measures, while the smallest values were found for hip abduction measures. Lower reproducibility occurred in patients with hip OA in comparison to healthy controls during the isometric measures of hip abduction, adduction, and flexion. Reproducibility of 11 hip OA patients was lower for the second test sequence (test-day 2 and 3) than for the first test sequence (test-day 1 and 2). The findings of S2 indicated high exercise adherence (99%) of the intervention group to the applied PHSEP. Furthermore, exercise logs reported that pain resulting from the PHSEP was low. HMS improved about 7-11% in comparison to the control group. The SF36 variables did not change throughout the exercise period. In S3, the statistical model revealed stiffness, pain, and HMS to be significant factors of self-reported physical disability in hip OA. Conclusion In conclusion, the precision of several HMS measures may be affected by hip OA and clinicians should be aware of a higher measurement error in patients with hip OA under isometric test conditions than for healthy subjects. A familiarization measurement may be an approach to diminish the measurement error. The applied PHSEP amended to an ISET is feasible for hip patients to carry out and can be applied to improve HMS. Furthermore, a significant cross-sectional relationship between HMS and PD has been evaluated, indicating that HMS may be an important factor to stimulate during exercise therapy in hip OA. The upcoming results of the RCT (P1) described in the study protocol will help to reduce the shortcomings in scientific evidence regarding the effectiveness of strengthening exercise regimes to reduce pain and PD in patients with hip OA.:List of content 1 List of figures 3 List of tables 4 List of abbreviations 5 Abstract 8 Zusammenfassung 11 Structure of the thesis 15 1 Background 16 1.1 Osteoarthritis of the hip joint 16 1.1.1 Prevalence and incidence 16 1.1.2 Etiology 17 1.1.3 Clinical symptoms and diagnosis 18 1.1.4 Socioeconomic burden 20 1.2 Hip muscle strength in osteoarthritis of the hip 23 1.2.1 Anatomical and functional aspects of the hip and its muscles 23 1.2.2 General aspects of muscle strength 25 1.2.3 Hip muscle weakness and muscle imbalances 28 1.2.4 Assessment of hip muscle strength 29 1.3 Physical disability in hip OA 35 1.3.1 General aspects of physical disability in hip OA 35 1.3.2 Assessment of physical disability in hip OA 36 1.4 Exercise therapy in hip OA 38 1.4.1 Efficacy of exercise therapy 38 1.4.2 Strengthening exercises in hip OA 39 1.5 Context of the thesis 43 1.5.1 OsteoArthritisGroup (OAG) 43 2 Scientific program - research papers 47 2.1 Research paper 1: Reproducibility of hip muscle strength measurements in hip OA 48 2.2 Research paper 2: Feasibility and efficacy of an 8-week progressive home-based strengthening exercise 58 2.3 Research paper 3: Evaluation of the therapeutic exercise regimen “Hip School": A protocol for a randomized, controlled trial 68 2.4 Research paper 4: Factors of physical disability in patients with hip osteoarthritis 81 3 Comprehensive and supplementary discussion 103 3.1 Strength measurements at the hip 103 3.1.1 Body position and fixation 103 3.1.2 Torque overshoots 104 3.1.3 Objectivity of hip muscle strength measures in osteoarthritis of the hip 104 3.1.4 Reproducibility of hip muscle strength measures in osteoarthritis of the hip 104 3.1.5 Validity of hip muscle strength measures in osteoarthritis of the hip 105 3.1.6 Isometric versus isokinetic hip muscle strength measures 106 3.2 Strengthening exercises in patients with hip OA 106 3.2.1 Feasibility and adherence to the progressive home-based strengthening exercise program 106 3.2.2 Adverse events due to the exercise intervention 107 3.2.3 Strength gains 108 3.2.4 Adaptations of the PHSEP for the RCT 109 3.3 Hip muscle strength and its relation to physical disability in patients with hip OA 110 4 Limitations 112 5 Conclusion and future perspectives 114 6 Reference list 116 7 Appendix 126 8 Affidavit 131 9 Curriculum vitae 132 / Hintergrund Coxarthrose ist eine weit verbreitete Krankheit in der älteren Bevölkerung westlicher Industrienationen. Die Bedeutung und Zahl der Neuerkrankungen nehmen mit steigendem Lebensalter zu. Schmerz, Steifheit, Bewegungseinschränkungen und Muskelschwäche zählen zu den Leitsymptomen dieser Krankheit, die sich in einer zunehmenden körperlichen Funktionseinschränkung und eingeschränkten Lebensqualität der Patienten äußern. Neben der Bedeutung für die betroffenen Patienten selbst wachsen in westlichen Industrienationen aufgrund der demographischen Entwicklung hin zu einer alternden Gesellschaft der Druck und die finanzielle Belastung auf die Renten- und Gesundheitssysteme. Die Sporttherapie wird häufig in frühen Stadien der Krankheit eingesetzt und zählt zu den konservativen Therapieverfahren. Nach aktuellem Stand der Wissenschaft scheinen sporttherapeutische Interventionen mit Trainingselementen zur Kräftigung der hüftumgebenden Muskulatur sinnvoll. Dennoch wurde die Wirksamkeit von Sporttherapie bei Coxarthrose bisher nur in einzelnen Studien nachgewiesen (Silver-level Evidence). Es fehlen qualitativ hochwertige randomisierte Kontrollgruppenstudien (RCTs). Zudem ist bislang ungeklärt, wie ein optimales Trainingsprogramm bei Coxarthrose hinsichtlich der Inhalte, Dosierung und Durchführungsmodalität zu gestalten ist, um Schmerz und körperliche Funktionseinschränkungen bestmöglich zu therapieren. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit drei Aspekten der Hüftmuskelkraft bei Patienten mit Coxarthrose. Drei entsprechende Studien, die in vier wissenschaftlichen Artikeln aufgearbeitet wurden, bilden den wissenschaftlichen Schwerpunkt der Arbeit. Methode Die erste Studie (S1) befasst sich mit der Messgenauigkeit von Hüftkraftmessungen bei Coxarthrosepatienten. Unter diesem Aspekt wurden isometrische und isokinetische Kraftmessgrößen an der Hüfte bei 16 Coxarthrosepatienten und 13 gesunden Personen zwei Mal im Abstand von sieben Tagen erhoben. Bei einer Teilstichprobe von 11 Coxarthrosepatienten wurden die Messungen ein drittes Mal durchgeführt, um mögliche Gewöhnungseffekte zu evaluieren. Der Standard Error of Measurement (SEM) wurde verwendet, um den Messfehler zu quantifizieren. Die zweite Studie (S2) greift einen weiteren Aspekt auf, der sich auf das Training der Hüftmuskelkraft bei Hüftpatienten bezieht. Hier wurde die Machbarkeit eines ergänzenden Heimtrainingsprogramms zur Kräftigung der hüftumgebenden Muskulatur evaluiert sowie mögliche Auswirkungen auf die Hüftmuskelkraft untersucht. 36 Teilnehmer einer Hüftsportgruppe mit Coxarthrose und/oder einer Total-Endoprothese (TEP) wurden randomisiert in zwei Untersuchungsgruppen aufgeteilt. Während die Patienten der Kontrollgruppe im Untersuchungszeitraum weiterhin wöchentliche institutionelle sporttherapeutische Trainingseinheiten wahrnahmen, führten die Patienten der Interventionsgruppe zusätzlich Heimtrainingseinheiten zur Kräftigung der Hüftmuskeln durch. Vor und nach der Intervention wurden isometrische und isokinetische Maximalkraftmessungen durchgeführt. Die Patienten der Trainingsgruppe haben ein Trainingstagebuch geführt, um die Teilnahme am Heimtrainingsprogramm und mögliche Schwierigkeiten damit zu dokumentieren. Der SF36 Fragebogen wurde eingesetzt, um die gesundheitsbezogene Lebensqualität im Verlauf zu kontrollieren. Die Erkenntnisse der beiden beschriebenen Studien wurden verwendet, um kraftspezifische Aspekte eines Studiendesigns zu entwickeln. Dieses Studiendesign entspricht einem RCT und soll die Effektivität eines sporttherapeutischen Trainingskonzepts hinsichtlich Schmerzreduktion und Verbesserung der körperlichen Funktionsfähigkeit überprüfen. 217 Hüftarthrosepatienten werden rekrutiert und randomisiert auf eine der folgenden Untersuchungsgruppen aufgeteilt: (1) Trainingsgruppe, n = 70 (2) Kontrollgruppe ohne Intervention, n = 70, (3) “Schein” Ultraschallgruppe, n = 70, und (4) Ultraschallgruppe, n = 7. Die primäre Zielgröße ist Veränderung in der Subskala „Körperliche Schmerzen“ des SF36-Fragebogens. Sekundäre Zielgrößen sind Schmerz und Körperliche Funktionsfähigkeit aus dem WOMAC-Fragebogen, weiteren Subskalen des SF36-Fragebogens, isometrische Hüftmuskelkraft, verschiedene Variablen des Gangs und posturale Kontrolle. Die Bedeutung der Hüftmuskelkraft auf die alltagsrelevante körperliche Funktionsfähigkeit stellt den dritten Aspekt dieser Dissertation dar und wurde in Studie 3 (S3), einer Querschnittsuntersuchung an 149 Coxarthrosepatienten behandelt. Ziel der Studie war die Untersuchung des Zusammenhangs verschiedener Variablen und der alltagsbezogenen körperlichen Funktionsfähigkeit. In einem statistisches Modell wurde die Beziehung zwischen den Variablen: Hüftmuskelkraft, Body Mass Index (BMI), Alter, Geschlecht, Schmerz, Steifheit und Beweglichkeit der Hüfte und der Subskala „Körperliche Funktionsfähigkeit“ des WOMAC-Fragebogens als Maß für die alltagsbezogene körperlichen Funktionsfähigkeit berechnet. Ergebnisse In der ersten Studie (S1) wurden die größten Messfehler in den Messgrößen Hüftextension ermittelt. Danach folgten die Messgrößen Hüftadduktion und -flexion. Der geringste Messfehler wurde für Hüftabduktion ermittelt. Unter isometrischen Bedingungen wurden in den Kraftmessgrößen Hüftabduktion, -adduktion und -flexion bei Coxarthrosepatienten größere Messfehler quantifiziert als bei gesunden Personen. Zudem war die Reproduzierbarkeit in der ersten Test-Sequenz (Messtag 1 und 2) im Vergleich zur zweiten Test-Sequenz reduziert (Messtag 2 und 3). In der zweiten Studie (S2) konnte gezeigt werden, dass das verwendete Heimtrainingsprogramm sicher und selbstständig von den Hüftpatienten durchgeführt werden konnte. Die Trainingstagebücher ließen auf eine nahezu hundertprozentige Teilnahme am ergänzenden Heimtrainingsprogramm schließen und zeigten außerdem, dass das Heimtrainingsprogramm keine schmerzverursachende Wirkung hatte. Nach der Intervention war die Kraft der hüftumgebenden Muskulatur im Vergleich zur Kontrollgruppe um 7-9% gesteigert. Befunde hinsichtlich einer veränderten Lebensqualität konnten nicht registriert werden. Das statistische Modell, das in der dritten Studie (S3) eingesetzt wurde, erkannte Schmerz, Steifheit und Hüftmuskelkraft als die drei bedeutsamsten Faktoren für die alltagsbezogene körperliche Funktionsfähigkeit bei Patienten mit Coxarthrose. Schlussfolgerungen Kraftmessungen an der Hüfte scheinen erheblichen Tagesschwankungen ausgesetzt zu sein. Bei Coxarthrosepatienten und gesunden Personen scheint sich die Wiederholbarkeit von isokinetischen Kraftmessungen zu ähneln. Unter isometrischen Testbedingungen muss mit höheren Messfehlern bei Coxarthrosepatienten gerechnet und entsprechend bei der Interpretation von Ergebnissen berücksichtigt werden. Eine Gewöhnungsmessung kann den Messfehler reduzieren, birgt allerdings einen erheblich höheren finanziellen und personellen Aufwand. Das ergänzende Heimtrainingsprogramm wurde von den Patienten gut angenommen, so dass lediglich kleinere Modifikationen vorgenommen werden mussten, um es in dem geplanten RCT zu evaluieren. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Hüftmuskelkraft zu den drei bedeutsamsten Faktoren zählt, die Einfluss auf die alltagsbezogene körperliche Funktionsfähigkeit bei Patienten mit Coxarthrose haben können. Ob diese Beziehung tatsächlich kausaler Natur ist, werden zukünftige Verlaufsstudien aufzeigen, in denen gezielt solche Faktoren der alltagsrelevanten körperliche Funktionsfähigkeit durch sporttherapeutische Maßnahmen modifiziert werden. Die ausstehenden Ergebnisse des RCT sollen die noch unzureichende wissenschaftliche Beweislage bezüglich der Wirksamkeit sporttherapeutischer Interventionen bei Coxarthrose verbessern. Dabei soll gezeigt werden, ob und in welchem Maß eine Schmerzreduktion und Verringerung der körperlichen Funktionseinschränkung erzielt werden kann.:List of content 1 List of figures 3 List of tables 4 List of abbreviations 5 Abstract 8 Zusammenfassung 11 Structure of the thesis 15 1 Background 16 1.1 Osteoarthritis of the hip joint 16 1.1.1 Prevalence and incidence 16 1.1.2 Etiology 17 1.1.3 Clinical symptoms and diagnosis 18 1.1.4 Socioeconomic burden 20 1.2 Hip muscle strength in osteoarthritis of the hip 23 1.2.1 Anatomical and functional aspects of the hip and its muscles 23 1.2.2 General aspects of muscle strength 25 1.2.3 Hip muscle weakness and muscle imbalances 28 1.2.4 Assessment of hip muscle strength 29 1.3 Physical disability in hip OA 35 1.3.1 General aspects of physical disability in hip OA 35 1.3.2 Assessment of physical disability in hip OA 36 1.4 Exercise therapy in hip OA 38 1.4.1 Efficacy of exercise therapy 38 1.4.2 Strengthening exercises in hip OA 39 1.5 Context of the thesis 43 1.5.1 OsteoArthritisGroup (OAG) 43 2 Scientific program - research papers 47 2.1 Research paper 1: Reproducibility of hip muscle strength measurements in hip OA 48 2.2 Research paper 2: Feasibility and efficacy of an 8-week progressive home-based strengthening exercise 58 2.3 Research paper 3: Evaluation of the therapeutic exercise regimen “Hip School": A protocol for a randomized, controlled trial 68 2.4 Research paper 4: Factors of physical disability in patients with hip osteoarthritis 81 3 Comprehensive and supplementary discussion 103 3.1 Strength measurements at the hip 103 3.1.1 Body position and fixation 103 3.1.2 Torque overshoots 104 3.1.3 Objectivity of hip muscle strength measures in osteoarthritis of the hip 104 3.1.4 Reproducibility of hip muscle strength measures in osteoarthritis of the hip 104 3.1.5 Validity of hip muscle strength measures in osteoarthritis of the hip 105 3.1.6 Isometric versus isokinetic hip muscle strength measures 106 3.2 Strengthening exercises in patients with hip OA 106 3.2.1 Feasibility and adherence to the progressive home-based strengthening exercise program 106 3.2.2 Adverse events due to the exercise intervention 107 3.2.3 Strength gains 108 3.2.4 Adaptations of the PHSEP for the RCT 109 3.3 Hip muscle strength and its relation to physical disability in patients with hip OA 110 4 Limitations 112 5 Conclusion and future perspectives 114 6 Reference list 116 7 Appendix 126 8 Affidavit 131 9 Curriculum vitae 132

In der Präadoleszenz verbessert sportliches Training die Muskelkraftkapazität, die Belege für Auswirkungen auf Muskel- und Sehnenplastizität sind jedoch begrenzt. Jedoch könnte es, ähnlich wie bei jugendlichen Sportler:innen, bei präadoleszenten Athlet:innen zu Dysbalancen zwischen Muskelkraft und Sehnensteifigkeit kommen, insbesondere bei häufigen plyometrischen Belastungen. Dadurch wird die Sehne stärker mechanisch beansprucht, was zu einem erhöhten Verletzungsrisiko der Sehne führen kann. Aufgrund des Forschungsmangels über die Auswirkungen sportlichen Trainings auf die Muskel- und Sehnenplastizität in der Präadoleszenz untersucht die vorliegende Arbeit die Entwicklung der morphologischen und mechanischen Eigenschaften der Plantarflexoren und der Achillessehne bei präadoleszenten Athlet:innen mittels Ultraschall- und Dynamometrie. Es wurden zwei Vergleichsstudien zwischen Turner:innen mit mehrjähriger Trainingserfahrung und untrainierten Personen ähnlichen Alters durchgeführt. Die Studien zeigten eine höhere Muskelkraft der Plantarflexoren bei den Athlet:innen, jedoch keine Anpassungen der Achillessehnensteifigkeit, was zu einem höheren Anteil von Athlet:innen mit stark erhöhter Sehnendehnung führte. Zudem gab es keine Hinweise auf eine trainingsbedingte Muskelhypertrophie der Plantarflexoren. Die Auswirkungen von Training und Reifung auf die Muskel-Sehnen-Einheit wurden zusätzlich über ein Jahr untersucht. Die Muskelkraft der Athlet:innen entwickelte sich im Vergleich zu Nichtathlet:innen ähnlich, war jedoch durch größere Schwankungen und eine unausgewogene Adaptation zwischen Muskelkraft und Sehnensteifigkeit gekennzeichnet. Dies führte zu einer höheren Häufigkeit von Sportler:innen mit erhöhter Sehnendehnung und größeren Schwankungen der Sehnendehnung über die Zeit. Die Ergebnisse deuten auf eine erhöhte mechanische Beanspruchung der Sehne bei präadoleszenten Athlet:innen hin, was Auswirkungen auf das Risiko von Überlastungsbeschwerden der Sehne haben könnte. / In preadolescence, physical exercise and athletic training improve muscle strength capacity, yet the evidence on the effects of long-term athletic training on muscle-tendon plasticity is limited. Similar to adolescent athletes, preadolescents might develop imbalances between muscle strength and tendon stiffness, particularly with high-frequency plyometric loading. This imbalance exposes the tendon to an increased mechanical demand, potentially leading to an increased risk of tendon injury. Despite limited evidence on preadolescence research about the effects of athletic training on muscle-tendon plasticity, the thesis investigates the development of morphological and mechanical properties of the plantar flexors and Achilles tendon in preadolescent athletes via ultrasonography and dynamometry procedures. Two comparison studies were initially performed between artistic gymnastic athletes, with extensive training history, against untrained peers of similar age. The studies demonstrated higher plantar flexor muscle strength in the athletes, yet the gymnastic-specific training did not cause adaptations of Achilles tendon stiffness, resulting in a higher percentage of athletes with high-level tendon strain. Moreover, there was no evidence of training-induced muscle hypertrophy in the plantar flexors. The effects of athletic training and maturation on the triceps surae muscle-tendon unit were investigated over one year during preadolescence. The development of muscle strength in athletes, even though it was similar compared to non-athletes, was characterised by significantly greater fluctuations and a non-uniform adaptation between muscle strength and tendon stiffness. These two facts together resulted in a higher frequency of athletes with a high level of tendon strain and greater strain fluctuations over time. The findings indicate an increased mechanical demand for the tendon in preadolescent athletes that could have implications for the risk of tendon overuse injury.