Patienten mit monoklonaler Gammopathie unklarer Signifikanz haben ein erhöhtes Risiko an einer Osteoporose, Knochenbrüchen oder einer reduzierten Leistungsfähigkeit zu leiden. Bisher hat sich noch keine Therapie zur Prävention dieser Komplikationen etabliert. Das Ziel unserer Studie war es, WBV als eine mögliche Trainingsmethode zu prüfen und den Einfluss auf die Fitness, Alltagsaktivität und Lebensqualität von Patienten mit monoklonaler Gammopathie zu untersuchen. Hierfür haben 15 Probanden mit MGUS/SMM ein Trainingsprogramm über 3 bzw. 6 Monate mit zwei Trainingseinheiten pro Woche für jeweils 30 Minuten absolviert. Die körperliche Leistungsfähigkeit wurde anhand verschiedener Funktionstests sowie der Erhebung von Körpermaßen betrachtet. Die Alltagsaktivität wurde mittels Fitnesstrackern untersucht. Anhand von 3 verschiedenen Fragebögen wurde zudem der Einfluss auf die Lebensqualität der Probanden durch das Training ermittelt. Zusammenfassend zeigte sich eine deutliche Verbesserung der Fitness und Ausdauer der Probanden, die Alltagsaktivität und die Lebensqualität wurden nicht durch das Vibrationstraining beeinflusst. / Patients with monoclonal gammopathy of undetermined significance have an increased risk of suffering from osteoporosis, bone fractures or reduced physical performance. So far, no therapy has been established to prevent these complications. The aim of our study was to evaluate WBV as a possible training method and to investigate its impact on physical performance, daily activity and quality of life in patients with monoclonal gammopathy. For this purpose, 15 subjects with MGUS/SMM completed an exercise program for 3 and 6 months, with two training sessions per week for 30 minutes each. Physical performance was considered by means of various functional tests as well as the collection of body measurements. Daily activity was examined by means of fitness trackers. In addition, the influence of the training on the quality of life of the test persons was determined by means of 3 different questionnaires. In summary, there was a significant improvement in the physical performance, the daily activity and quality of life were not influenced by the vibration training.

Aufgrund der immer älterwerdenden Bevölkerung kommt der Prävention von altersbedingten muskuloskelettalen Erkrankungen wie der Osteoporose und der Sarkopenie eine herausragende Bedeutung zu. Insbesondere für die Sarkopenie gibt es heute und auf absehbare Zeit keine kausale medikamentöse Therapie. Somit stellt der Erhalt einer intakten Muskulatur durch körperliche Aktivität die zentrale Säule für eine langfristig muskuloskelettale Gesundheit dar. Die aktuelle, wissenschaftliche Datenlage zeigt hierbei für progressives Krafttraining im Alter valide Ergebnisse. Durch die gezielte Beanspruchung der Muskulatur kann bis ins hohe Alter dem natürlichen Verlust der Muskelmasse und -qualität entgegengewirkt werden. Ein gezieltes Training der Wirbelsäule-umgebenden Muskulatur ist vor allem bei Menschen mit Osteoporose sinnvoll. Durch starke Rückenmuskeln werden wichtige Alltagsbewegungen unterstützt und das Sturzrisiko kann reduziert werden. Ein klassisches progressives Krafttraining ist jedoch bei älteren Menschen nicht immer durchführbar, da diese oft an zusätzlichen Erkrankungen leiden, welche ein intensives Krafttraining verbieten, oder allgemein zu schwach für eine solche Trainingsmodalität sind. Ziel dieser Studie war zusätzlich zum Krafttraining alternative Trainingsmethoden zu testen, welche einfach und sicher im Alter integrierbar sind und keine sportlichen Vorkenntnisse der Teilnehmer erfordern. Im Fokus stand dabei die Kräftigung der Rumpfmuskulatur. Alternativ zum klassischen, progressivem Krafttraining (KT) wurden daher sogenannte Low-Impact-Methoden getestet, konkret handelte es sich dabei um Ganzkörpervibrationstraining (WBV), das tägliche Tragen einer federnden Rückenorthese (OT) und Qi Gong (QG) als atmungs- und bewegungsorientiertes Konzept. Das Krafttraining zeigte dabei die größten Verbesserungen in der Rumpfkraft, dem primären Endpunkt der Studie. Bei der Extensionskraft zeigte sich eine Zunahme von 28,0%. (p=0,008) und bei der Flexionskraft von 17,2% (p=0,008). Doch auch das WBV-Training und das Tragen der Rückenorthese zeigten Verbesserungen der Rumpfkraft. Das QG-Training zeigte kaum Veränderungen der Rumpfkraft. Im Gruppenvergleich war die KT-Gruppe der QG-Gruppe in der Entwicklung der Extensionskraft signifikant überlegen. Auch wenn die alternativen Trainingsmethoden keine signifikanten Ergebnisse im primären Endpunkt dieser Studie zeigten, kam es zu signifikanten Verbesserungen in den sekundären Endpunkten. In der WBV-Gruppe kam es zu einem signifikanten Anstieg der Handkraft (p=0,023) und im CRT (p=0,007). In der OT-Gruppe war der CRT signifikant besser geworden (p=0,003). In der QG-Gruppe kam es zu tendenziellen Verbesserungen einiger Leistungsparameter, jedoch waren diese statistisch überwiegend nicht signifikant. Ein wesentlicher Aspekt dieser Arbeit war jedoch, dass unabhängig von der jeweiligen Trainingsmodalität, vor allem die Teilnehmer, die ein erhöhtes Risiko für muskuläre Defizite hatten, also Probanden ≥80 Jahre, Menschen mit präsarkopenem Muskelstatus, oder multimorbide Teilnehmer, am meisten von den Trainingsinterventionen profitierten. Hier fiel vor allem die signifikante Zunahme der Rumpfflexion in allen drei Subgruppen auf. Bei den Probanden ≥80 Jahren kam es in der Rumpfflexion zu einer Zunahme von 10,3% (p=0,017), bei den präsarkopenen Probanden von 2,9% (p=0,035) und bei den Multimorbiden von 16,3% (p=0,001). Eine starke Rumpfvorderseite führt zu einer aufrechten Haltung, ermöglicht Alltagsaktivitäten wie Treppensteigen oder das Aufstehen von einem Stuhl und kann durch eine verbesserte Balance das Sturzrisiko vermindern. Bedeutsam ist auch, dass die Muskelmasse bei den präsarkopenen Probanden, unabhängig vom Training, signifikant gestiegen war und somit Sport auch bei einer reduzierten Muskelmasse sehr effektiv sein kann. Zudem verbesserte sich der CRT bei den präsarkopenen und multimorbiden Probanden signifikant, was umso erfreulicher ist, bedenkt man die Assoziation mit einer reduzierten Fähigkeit von einem Stuhl aufzustehen und einer erhöhten Mortalität. Schlussendlich zeigen die Ergebnisse dieser Studie, dass Trainingsmodalitäten, die gezielt die Rumpfmuskulatur adressieren, wie z.B. ein speziell zusammengestelltes Krafttraining, auch in höherem Alter und bei Vorliegen eines erhöhten Frakturrisikos positive Effekte erzielen und zu signifikanten Verbesserungen der Rumpfkraft führen können. Allerdings zeigen auch weniger spezifische low-impact Trainingskonzepte durchaus positive Entwicklungen und stellen vor allem eine sichere Alternative mit nur geringem Anforderungsprofil dar. Besonders erfreulich scheint vor allem die Verbesserung der Parameter der Probanden mit einem erhöhten Risiko für muskuläre Defizite unabhängig von der zugelosten Trainingsintervention. Diese Ergebnisse stellen eine wertvolle Grundlage für zukünftige Forschungsvorhaben dar, welchen unter Berücksichtigung der globalen demographischen Entwicklungen sicherlich erhebliche Bedeutung zukommen wird. / Due to the increasingly aging population, the prevention of age-related musculoskeletal conditions such as osteoporosis and sarcopenia holds significant importance. Particularly for sarcopenia, there is currently no causal medication-based therapy available. The preservation of healthy musculature through physical activity is a central pillar for long-term musculoskeletal health. Current scientific evidence highlights valid outcomes for progressive strength training in older adults. Targeted muscle engagement through such training can counteract the natural loss of muscle mass and quality that occurs with age. Specific training of the muscles surrounding the spine is especially beneficial for individuals with osteoporosis. Strong back muscles support essential everyday movements and can reduce the risk of falls. However, traditional progressive strength training might not always be feasible for older adults, as they often have additional health conditions that prohibit intensive strength training or are generally too weak for such modalities. The aim of this study was to explore alternative training methods that are easily and safely integrable in old age and do not require participants to have prior athletic knowledge. The focus of this study was on strengthening the core muscles. In addition to traditional progressive strength training (KT), low-impact methods were tested, specifically whole-body vibration training (WBV), daily use of a flexible back orthosis (OT), and Qi Gong (QG) as a breath and movement-oriented concept. The strength training showed the greatest improvements in core strength, the primary endpoint of the study. Extension strength increased by 28.0% (p=0.008) and flexion strength by 17.2% (p=0.008). However, WBV training and using the back orthosis also showed improvements in core strength. QG training resulted in minimal changes in core strength. In the group comparison, the strength training (KT) group outperformed the Qi Gong (QG) group in the development of extension strength. Although the alternative training methods didn't yield significant results in the primary endpoint of this study, there were significant improvements in secondary endpoints. The WBV group showed a significant increase in hand strength (p=0.023) and in the chair rising test (CRT) (p=0.007). The OT group significantly improved in CRT (p=0.003). The QG group exhibited tendencies of improvement in some performance parameters, though these were mostly not statistically significant. A key aspect of this work was that irrespective of the specific training modality, participants with an elevated risk of muscular deficits, such as those aged ≥80 years, individuals with pre-sarcopenic muscle status, or those with multiple health conditions, benefited the most from the training interventions. Notably, there was a significant increase in trunk flexion across all three subgroups. In participants aged ≥80 years, trunk flexion increased by 10.3% (p=0.017), by 2.9% in pre-sarcopenic participants (p=0.035), and by 16.3% in multimorbid participants (p=0.001). A strong anterior core contributes to an upright posture, aids in daily activities like climbing stairs or rising from a chair, and can reduce fall risk through improved balance. Significantly, pre-sarcopenic participants experienced a significant increase in muscle mass regardless of the training, suggesting that exercise can be highly effective even with reduced muscle mass. Additionally, CRT significantly improved in pre-sarcopenic and multimorbid participants, which is particularly significant considering its association with reduced ability to rise from a chair and increased mortality. In conclusion, the results of this study demonstrate that training modalities specifically targeting the core muscles, such as a specially designed strength training program, can yield positive effects in older age and for those with an elevated fracture risk, leading to significant improvements in core strength. However, less specific low-impact training concepts also show positive developments and provide a safe alternative with minimal requirements. Particularly encouraging is the enhancement of parameters in participants at risk of muscular deficits, regardless of the assigned training intervention. These findings provide a valuable foundation for future research endeavors, which, considering global demographic trends, will undoubtedly hold substantial importance.

Background Whole-body vibration (WBV) as a training modality is established in the fields of sport, fitness, rehabilitation, and clinical intervention. WBV exercises are performed thereby while standing on a motor driven oscillating platform device. Therefore, the scientific interest in WBV is a steadily increasing field in sports science and research. It has been shown that WBV training elicits various biological and physiological effects in men. Nevertheless, there are only a small number of studies examining WBV effects on neuromuscular performance of the lower extremities in elderly people. Furthermore, the results of these studies show many discrepancies that may be caused by limitations referring to the different applied training protocols and vibration loads. In addition, there is still a deficit of information for effective but safe recommendations for WBV application for trunk and neck muscles. Therefore, this doctoral thesis deals with three major aspects of WBV as an exercise modality in strength training: (1) the recommendation of optimal vibration loads (VbLs) for the lower extremities as an essential element of the WBV exercise parameters in older adults, (2) the evaluation of these VbLs in a WBV training intervention for elderly people with regard to feasibility and chronic effects on neuromuscular performance of the lower limbs, and (3) the allocation of information for effective but safe advices for VbLs for trunk and neck muscles. These aspects are further specified toward five hypotheses (H1, H2, H3, H4, and H5) by findings and limitations of the current state of literature. Methods The five hypotheses are evaluated within three research papers (studies 1 to 3). The first study (S1) evaluated the optimal VbL determined by the combination of three biomechanical variables (vibration frequency, vibration amplitude, and knee angle) in older adults (H1). Therefore, the neuromuscular activity of the quadriceps femoris and hamstring muscles in 51 healthy subjects were measured during WBV exposure using surface electromyography (EMG). Maximal voluntary contractions (MVCs) were conducted prior to the measurements to normalise the EMG signals. A three-way mixed ANOVA was performed to analyse the different effects of the biomechanical variables on muscle activity. Study 2 (S2) represents a randomised controlled trial to assess the results of S1 implemented in a WBV training protocol and therefore to evaluate the feasibility and effectiveness of a six-week WBV intervention (H2, H3, and H4). A total of 21 subjects was allocated randomly into either a WBV training or control group. While the WBV group completed a six-week WBV training programme the control group was asked not to change their current level of physical activity during the study. Before and after the intervention period, jump height was measured during a countermovement jump (CMJ). In addition, isokinetic knee extension and flexion strength parameters were recorded using a motor-driven dynamometer. The Borg scale for ratings of perceived exertion (RPE scale) was used to evaluate the intensity of WBV exercises within each training session. Changes from pre- to posttest were analysed by a paired sample t-test (within-group comparisons) and independent sample t-test (between-group comparisons). The intention of study 3 (S3) was to analyse the impact of biomechanical variables on neuromuscular activity of different trunk and neck muscles during WBV (H5) filling the lack of information in current literature. Those biomechanical variables were assumed, which current literature suggests as having the lowest risk of negative side effects on the head. Surface EMG was used to record the neuromuscular activity in 28 healthy subjects. EMG signals were normalised to prior measured MVC. Different effects of the biomechanical variables were analysed by an ANOVA for repeated measurements. Results The findings of S1 showed that the biomechanical variables affect the level of neuromuscular activity of thigh muscles in older adults in different dimensions which confirms H1. The maximum levels of muscle activity were significantly reached at high amplitude and high frequency, whereas the factor “knee angle” only significantly affected the quadriceps femoris. Furthermore, WBV led to a higher muscle activation of the quadriceps femoris (74.1 % MVC) than of the hamstring muscles (27.3 % MVC). The main findings in S2 were an increased multi-joint strength performance of the lower limbs during a countermovement jump in the WBV group, whereas values of the control group remained unchanged after the intervention, thus confirming H2. There were no statistically significant differences in isokinetic maximal strength, mean power, or work values in knee extension or flexion in both groups (rejecting H3). In addition, the subjective perceived exertion of the WBV exercises and respective training parameters ranged between moderate rating levels of 7 and 13 of the Borg scale and indicate WBV intervention as a feasible and safe training program for elderly people, which is consistent with H4. Finally, the outcomes of S3 confirmed H5 as the biomechanical variables affect the level of neuromuscular activity of the trunk and neck in different dimensions. The maximum levels of muscle activity were significantly reached at high amplitude and high frequency, while knee angles had similar effects on the VbL. WBV led to a higher muscle activation of the lower back muscles (27.2% MVC) than of neck muscles (8.5 % MVC) and the abdominal muscles (3.6 % MVC). Conclusion A maximised VbL for WBV training in older adults depends on specific combinations of the biomechanical variables (vibration frequency, vibration amplitude, and knee angle). In addition, a WBV training based on this age-specific high VbL is a feasible, suitable and effective training program for elderly people to prevent age-related reduction of muscle performance in the lower extremities. Furthermore, the combination of biomechanical variables recommended in literature as safe for preventing harmful transmissions to the head, only elicit low to moderate muscle activation of the upper body. The findings of this thesis represent fundamental research in the field of WBV and may help to improve further research in this area. Finally, this thesis may help coaches and therapists to enhance the quality of WBV training in practical application. / Hintergrund Ganzkörpervibration (Whole-Body Vibration, WBV) hat sich als Trainingsanwendung im Sport-, Fitness, Rehabilitationsbereich und klinischen Bereich etabliert, wobei die Übungen dabei im Stehen auf einer Vibrationsplatte durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang ist auch das wissenschaftliche Interesse am Vibrationstraining ein stetig wachsendes Feld in den Bereichen der Sportwissenschaft und Forschung. Bisher konnte gezeigt werden, dass Vibrationstraining verschiedene biologische als auch physiologische Reaktionen beim Menschen hervorruft. Dennoch gibt es nur wenige Untersuchungen, die sich mit den Auswirkungen des Vibrationstrainings auf die neuromuskuläre Leistung der unteren Extremitäten bei älteren Menschen beschäftigen. Des Weiteren weißen die Ergebnisse dieser wenigen Studien viele Widersprüchlichkeiten auf, welche durch die unterschiedlich verwendeten Trainingsvorgaben und Vibrationsbelastungen verursacht sein könnten. Darüber hinaus besteht noch ein großes Defizit an grundlegenden Informationen hinsichtlich effektiver, aber dennoch sicherer Vorgaben in der Anwendung des Vibrationstrainings im Bereich der Rumpf- und Nackenmuskulatur. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit drei wesentlichen Aspekten des Vibrationstrainings: (1) die Empfehlung von optimalen Vibrationsbelastungen (VbL) als wesentlicher Bestandteil des Vibrationstrainingsplans der unteren Extremitäten älterer Menschen, (2) die Evaluierung dieser VbL anhand einer auf Vibrationstraining basierter Intervention mit älteren Menschen hinsichtlich Durchführbarkeit und Auswirkungen auf die neuromuskuläre Leistung der unteren Gliedmaßen, und (3) Angaben für effektive und sichere VbL für Rumpf- und Nackenmuskulatur bereitzustellen. Mit der Aufarbeitung von Ergebnissen und Defiziten des aktuellen Forschungsstands werden diese Aspekte durch die Formulierung von fünf Hypothesen (H1, H2, H3, H4, and H5) weiter spezifiziert. Methodik Die fünf Hypothesen werden in drei wissenschaftlichen Veröffentlichungen (Studie 1 bis 3) untersucht. Die erste Studie (S1) befasste sich mit der optimalen VbL für ältere Personen (H1), welche durch die Kombination von drei biomechanischen Variablen (Vibrationsfrequenz, Vibrationsamplitude und Kniewinkel) bestimmt wird. Hierzu wurde die neuromuskuläre Aktivität der vorderen und hinteren Oberschenkelmuskulatur von 51 gesunden Probanden unter Vibration mittels Oberflächen-Elektromyografie (EMG) gemessen. Vor den Messungen wurden maximale muskuläre Kontraktionen durchgeführt, um die EMG zu normalisieren. Um die unterschiedlichen Auswirkungen der biomechanischen Variablen zu analysieren wurde eine drei-faktorielle Varianzanalyse durchgeführt. Studie 2 (S2) entspricht einer randomisierten kontrollierten Studie, welche die Ergebnisse aus S1 in einem Trainingsplan verwendet, um die Durchführbarkeit und Effektivität eines sechs wöchigen Vibrationstrainings zu untersuchen (H2, H3, und H4). Hierfür wurden 21 Probanden zufällig einer Vibrationstrainings- oder einer Kontrollgruppe zugeteilt. Während die Vibrationsgruppe ein sechs wöchiges Vibrationstraining absolvierte, wurden die Teilnehmer der Kontrollgruppe gebeten ihre körperliche Aktivität während des Studienzeitraums nicht zu verändern. Vor und nach dem Untersuchungszeitraums wurde die Sprunghöhe während eines „countermovement jump“ (CMJ) erfasst. Weiterhin wurden isokinetische Kraftmessgrößen der Kniegelenkbeugung und –streckung an einem Dynamometer ermittelt. Die Borgskala zur Erfassung des subjektiven Belastungsempfindens wurde eingesetzt, um die Intensität der Übungen des Vibrationstrainings innerhalb einer Trainingseinheit zu messen. Veränderungen der Messgrößen zwischen Eingangs- und Abschlusstest wurden statistisch mit einem t-Test für abhängige (innerhalb einer Gruppe) und einem t-Test für unabhängige Stichproben (zwischen den Gruppen) untersucht. Ziel der dritten Studie (S3) war es den Einfluss der biomechanischen Variablen auf die muskuläre Aktivierung verschiedener Rumpf- und Nackenmuskeln (H5). Hierzu wurden solche biomechanische Variablen ausgesucht, welche laut derzeitigem Wissensstand jeweils das geringste Risiko von Nebenwirkungen für den Kopf ausüben. Mittels Oberflächen-EMG wurde die muskuläre Aktivität von 28 Probanden erfasst. EMG Signale wurden zu vorangegangenen MVC Messungen normalisiert. Die Unterschiedlichen Effekte der biomechanischen Variablen wurden mittels einer Varianzanalyse für Messwiederholungen analysiert. Ergebnisse Die Ergebnisse von S1 konnten zeigen, dass die biomechanischen Variablen den neuromuskulären Aktivierungsgrad der Oberschenkelmuskulatur bei älteren Personen unterschiedlich beeinflussen und somit H1 bestätigen. Der höchste Grad der Aktivierung wurde deutlich mit einer großen Amplitude und hohen Frequenz erreicht, wobei der Kniewinkel ausschließlich die vordere Oberschenkelmuskulatur beeinflusst. Zudem, führte der Vibrationseinfluss zu einer größeren Muskelaktivität der Oberschenkelvorderseite (74.1 % MVC) als der –rückseite (27.3 % MVC). Die Resultate von S2 hinsichtlich des CMJ Tests bestätigen H2, da es in der Vibrationstrainingsgruppe zu einer gesteigerten gelenksübergreifender Kraftleistung in den Beinen kam, aber keine Veränderungen in der Kontrollgruppe feststellbar waren. Hingegen kam es in keiner Gruppe zu statistisch signifikanten Veränderungen der isokinetischen Messgrößen (Maximalkraft, Kraftleistung, Muskelarbeit), wodurch H3 abgelehnt wird. Das subjektive Belastungsempfinden der Übungen und des Belastungsgefüges des Vibrationstrainings liegt zwischen moderaten Bewertungsstufen von 7 bis 13 der Borgskala und weist daraufhin, dass Vibrationstraining ein praktikables und sicheres Übungsprogramm für ältere Menschen ist und somit H4 bestätigt. Die Ergebnisse von S3 konnten H5 bestätigen, da die biomechanischen Variablen den neuromuskulären Rumpf- und Nackenmuskulatur unterschiedlich beeinflussen. Der höchste Grad der Aktivierung wurde deutlich mit einer großen Amplitude und hohen Frequenz erreicht, wobei der Kniewinkel sich ähnlich auf die VbL auswirkt. Der Vibrationsstimulus führte zudem zu einer höheren Aktivierung der unteren Rückenmuskulatur (27.2% MVC) als der Nacken- (8.5 % MVC) und Bauchmuskulatur (3.6 % MVC). Schlussfolgerungen Die maximale muskuläre Belastung älterer Personen in einem Vibrationstrainings hängt von bestimmten Kombinationen der biomechanischen Variablen (Vibrationsfrequenz, Vibrationsamplitude und Kniewinkel). Zudem ist ein Vibrationstraining, das auf altersspezifischen Vibrationsbelastungen basiert ein machbares, angemessenes und effektives Trainingsprogramm für älteren Menschen, um einem altersbedingten Abnehmen der muskulären Leistungsfähigkeit vorzubeugen. Weiterhin führt die Verbindung von biomechanischen Variablen, welche laut bisherigem Forschungsstand als sicher gegen schädliche Vibrationsübertragungen zum Kopf gelten, nur zu leichten bis moderaten Muskelaktivierung im Oberkörper. Die Ergebnisse dieser Dissertation liefern einen Beitrag zur Grundlagenforschung auf dem Gebiet des Vibrationstrainings und können weiteren Forschungsarbeiten hilfreich sein. Darüber hinaus kann diese Arbeit helfen die Qualität von Vibrationstrainingsangeboten zu verbessern und somit zum praktischen Nutzen beitragen.

Background Whole-body vibration (WBV) as a training modality is established in the fields of sport, fitness, rehabilitation, and clinical intervention. WBV exercises are performed thereby while standing on a motor driven oscillating platform device. Therefore, the scientific interest in WBV is a steadily increasing field in sports science and research. It has been shown that WBV training elicits various biological and physiological effects in men. Nevertheless, there are only a small number of studies examining WBV effects on neuromuscular performance of the lower extremities in elderly people. Furthermore, the results of these studies show many discrepancies that may be caused by limitations referring to the different applied training protocols and vibration loads. In addition, there is still a deficit of information for effective but safe recommendations for WBV application for trunk and neck muscles. Therefore, this doctoral thesis deals with three major aspects of WBV as an exercise modality in strength training: (1) the recommendation of optimal vibration loads (VbLs) for the lower extremities as an essential element of the WBV exercise parameters in older adults, (2) the evaluation of these VbLs in a WBV training intervention for elderly people with regard to feasibility and chronic effects on neuromuscular performance of the lower limbs, and (3) the allocation of information for effective but safe advices for VbLs for trunk and neck muscles. These aspects are further specified toward five hypotheses (H1, H2, H3, H4, and H5) by findings and limitations of the current state of literature. Methods The five hypotheses are evaluated within three research papers (studies 1 to 3). The first study (S1) evaluated the optimal VbL determined by the combination of three biomechanical variables (vibration frequency, vibration amplitude, and knee angle) in older adults (H1). Therefore, the neuromuscular activity of the quadriceps femoris and hamstring muscles in 51 healthy subjects were measured during WBV exposure using surface electromyography (EMG). Maximal voluntary contractions (MVCs) were conducted prior to the measurements to normalise the EMG signals. A three-way mixed ANOVA was performed to analyse the different effects of the biomechanical variables on muscle activity. Study 2 (S2) represents a randomised controlled trial to assess the results of S1 implemented in a WBV training protocol and therefore to evaluate the feasibility and effectiveness of a six-week WBV intervention (H2, H3, and H4). A total of 21 subjects was allocated randomly into either a WBV training or control group. While the WBV group completed a six-week WBV training programme the control group was asked not to change their current level of physical activity during the study. Before and after the intervention period, jump height was measured during a countermovement jump (CMJ). In addition, isokinetic knee extension and flexion strength parameters were recorded using a motor-driven dynamometer. The Borg scale for ratings of perceived exertion (RPE scale) was used to evaluate the intensity of WBV exercises within each training session. Changes from pre- to posttest were analysed by a paired sample t-test (within-group comparisons) and independent sample t-test (between-group comparisons). The intention of study 3 (S3) was to analyse the impact of biomechanical variables on neuromuscular activity of different trunk and neck muscles during WBV (H5) filling the lack of information in current literature. Those biomechanical variables were assumed, which current literature suggests as having the lowest risk of negative side effects on the head. Surface EMG was used to record the neuromuscular activity in 28 healthy subjects. EMG signals were normalised to prior measured MVC. Different effects of the biomechanical variables were analysed by an ANOVA for repeated measurements. Results The findings of S1 showed that the biomechanical variables affect the level of neuromuscular activity of thigh muscles in older adults in different dimensions which confirms H1. The maximum levels of muscle activity were significantly reached at high amplitude and high frequency, whereas the factor “knee angle” only significantly affected the quadriceps femoris. Furthermore, WBV led to a higher muscle activation of the quadriceps femoris (74.1 % MVC) than of the hamstring muscles (27.3 % MVC). The main findings in S2 were an increased multi-joint strength performance of the lower limbs during a countermovement jump in the WBV group, whereas values of the control group remained unchanged after the intervention, thus confirming H2. There were no statistically significant differences in isokinetic maximal strength, mean power, or work values in knee extension or flexion in both groups (rejecting H3). In addition, the subjective perceived exertion of the WBV exercises and respective training parameters ranged between moderate rating levels of 7 and 13 of the Borg scale and indicate WBV intervention as a feasible and safe training program for elderly people, which is consistent with H4. Finally, the outcomes of S3 confirmed H5 as the biomechanical variables affect the level of neuromuscular activity of the trunk and neck in different dimensions. The maximum levels of muscle activity were significantly reached at high amplitude and high frequency, while knee angles had similar effects on the VbL. WBV led to a higher muscle activation of the lower back muscles (27.2% MVC) than of neck muscles (8.5 % MVC) and the abdominal muscles (3.6 % MVC). Conclusion A maximised VbL for WBV training in older adults depends on specific combinations of the biomechanical variables (vibration frequency, vibration amplitude, and knee angle). In addition, a WBV training based on this age-specific high VbL is a feasible, suitable and effective training program for elderly people to prevent age-related reduction of muscle performance in the lower extremities. Furthermore, the combination of biomechanical variables recommended in literature as safe for preventing harmful transmissions to the head, only elicit low to moderate muscle activation of the upper body. The findings of this thesis represent fundamental research in the field of WBV and may help to improve further research in this area. Finally, this thesis may help coaches and therapists to enhance the quality of WBV training in practical application. / Hintergrund Ganzkörpervibration (Whole-Body Vibration, WBV) hat sich als Trainingsanwendung im Sport-, Fitness, Rehabilitationsbereich und klinischen Bereich etabliert, wobei die Übungen dabei im Stehen auf einer Vibrationsplatte durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang ist auch das wissenschaftliche Interesse am Vibrationstraining ein stetig wachsendes Feld in den Bereichen der Sportwissenschaft und Forschung. Bisher konnte gezeigt werden, dass Vibrationstraining verschiedene biologische als auch physiologische Reaktionen beim Menschen hervorruft. Dennoch gibt es nur wenige Untersuchungen, die sich mit den Auswirkungen des Vibrationstrainings auf die neuromuskuläre Leistung der unteren Extremitäten bei älteren Menschen beschäftigen. Des Weiteren weißen die Ergebnisse dieser wenigen Studien viele Widersprüchlichkeiten auf, welche durch die unterschiedlich verwendeten Trainingsvorgaben und Vibrationsbelastungen verursacht sein könnten. Darüber hinaus besteht noch ein großes Defizit an grundlegenden Informationen hinsichtlich effektiver, aber dennoch sicherer Vorgaben in der Anwendung des Vibrationstrainings im Bereich der Rumpf- und Nackenmuskulatur. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit drei wesentlichen Aspekten des Vibrationstrainings: (1) die Empfehlung von optimalen Vibrationsbelastungen (VbL) als wesentlicher Bestandteil des Vibrationstrainingsplans der unteren Extremitäten älterer Menschen, (2) die Evaluierung dieser VbL anhand einer auf Vibrationstraining basierter Intervention mit älteren Menschen hinsichtlich Durchführbarkeit und Auswirkungen auf die neuromuskuläre Leistung der unteren Gliedmaßen, und (3) Angaben für effektive und sichere VbL für Rumpf- und Nackenmuskulatur bereitzustellen. Mit der Aufarbeitung von Ergebnissen und Defiziten des aktuellen Forschungsstands werden diese Aspekte durch die Formulierung von fünf Hypothesen (H1, H2, H3, H4, and H5) weiter spezifiziert. Methodik Die fünf Hypothesen werden in drei wissenschaftlichen Veröffentlichungen (Studie 1 bis 3) untersucht. Die erste Studie (S1) befasste sich mit der optimalen VbL für ältere Personen (H1), welche durch die Kombination von drei biomechanischen Variablen (Vibrationsfrequenz, Vibrationsamplitude und Kniewinkel) bestimmt wird. Hierzu wurde die neuromuskuläre Aktivität der vorderen und hinteren Oberschenkelmuskulatur von 51 gesunden Probanden unter Vibration mittels Oberflächen-Elektromyografie (EMG) gemessen. Vor den Messungen wurden maximale muskuläre Kontraktionen durchgeführt, um die EMG zu normalisieren. Um die unterschiedlichen Auswirkungen der biomechanischen Variablen zu analysieren wurde eine drei-faktorielle Varianzanalyse durchgeführt. Studie 2 (S2) entspricht einer randomisierten kontrollierten Studie, welche die Ergebnisse aus S1 in einem Trainingsplan verwendet, um die Durchführbarkeit und Effektivität eines sechs wöchigen Vibrationstrainings zu untersuchen (H2, H3, und H4). Hierfür wurden 21 Probanden zufällig einer Vibrationstrainings- oder einer Kontrollgruppe zugeteilt. Während die Vibrationsgruppe ein sechs wöchiges Vibrationstraining absolvierte, wurden die Teilnehmer der Kontrollgruppe gebeten ihre körperliche Aktivität während des Studienzeitraums nicht zu verändern. Vor und nach dem Untersuchungszeitraums wurde die Sprunghöhe während eines „countermovement jump“ (CMJ) erfasst. Weiterhin wurden isokinetische Kraftmessgrößen der Kniegelenkbeugung und –streckung an einem Dynamometer ermittelt. Die Borgskala zur Erfassung des subjektiven Belastungsempfindens wurde eingesetzt, um die Intensität der Übungen des Vibrationstrainings innerhalb einer Trainingseinheit zu messen. Veränderungen der Messgrößen zwischen Eingangs- und Abschlusstest wurden statistisch mit einem t-Test für abhängige (innerhalb einer Gruppe) und einem t-Test für unabhängige Stichproben (zwischen den Gruppen) untersucht. Ziel der dritten Studie (S3) war es den Einfluss der biomechanischen Variablen auf die muskuläre Aktivierung verschiedener Rumpf- und Nackenmuskeln (H5). Hierzu wurden solche biomechanische Variablen ausgesucht, welche laut derzeitigem Wissensstand jeweils das geringste Risiko von Nebenwirkungen für den Kopf ausüben. Mittels Oberflächen-EMG wurde die muskuläre Aktivität von 28 Probanden erfasst. EMG Signale wurden zu vorangegangenen MVC Messungen normalisiert. Die Unterschiedlichen Effekte der biomechanischen Variablen wurden mittels einer Varianzanalyse für Messwiederholungen analysiert. Ergebnisse Die Ergebnisse von S1 konnten zeigen, dass die biomechanischen Variablen den neuromuskulären Aktivierungsgrad der Oberschenkelmuskulatur bei älteren Personen unterschiedlich beeinflussen und somit H1 bestätigen. Der höchste Grad der Aktivierung wurde deutlich mit einer großen Amplitude und hohen Frequenz erreicht, wobei der Kniewinkel ausschließlich die vordere Oberschenkelmuskulatur beeinflusst. Zudem, führte der Vibrationseinfluss zu einer größeren Muskelaktivität der Oberschenkelvorderseite (74.1 % MVC) als der –rückseite (27.3 % MVC). Die Resultate von S2 hinsichtlich des CMJ Tests bestätigen H2, da es in der Vibrationstrainingsgruppe zu einer gesteigerten gelenksübergreifender Kraftleistung in den Beinen kam, aber keine Veränderungen in der Kontrollgruppe feststellbar waren. Hingegen kam es in keiner Gruppe zu statistisch signifikanten Veränderungen der isokinetischen Messgrößen (Maximalkraft, Kraftleistung, Muskelarbeit), wodurch H3 abgelehnt wird. Das subjektive Belastungsempfinden der Übungen und des Belastungsgefüges des Vibrationstrainings liegt zwischen moderaten Bewertungsstufen von 7 bis 13 der Borgskala und weist daraufhin, dass Vibrationstraining ein praktikables und sicheres Übungsprogramm für ältere Menschen ist und somit H4 bestätigt. Die Ergebnisse von S3 konnten H5 bestätigen, da die biomechanischen Variablen den neuromuskulären Rumpf- und Nackenmuskulatur unterschiedlich beeinflussen. Der höchste Grad der Aktivierung wurde deutlich mit einer großen Amplitude und hohen Frequenz erreicht, wobei der Kniewinkel sich ähnlich auf die VbL auswirkt. Der Vibrationsstimulus führte zudem zu einer höheren Aktivierung der unteren Rückenmuskulatur (27.2% MVC) als der Nacken- (8.5 % MVC) und Bauchmuskulatur (3.6 % MVC). Schlussfolgerungen Die maximale muskuläre Belastung älterer Personen in einem Vibrationstrainings hängt von bestimmten Kombinationen der biomechanischen Variablen (Vibrationsfrequenz, Vibrationsamplitude und Kniewinkel). Zudem ist ein Vibrationstraining, das auf altersspezifischen Vibrationsbelastungen basiert ein machbares, angemessenes und effektives Trainingsprogramm für älteren Menschen, um einem altersbedingten Abnehmen der muskulären Leistungsfähigkeit vorzubeugen. Weiterhin führt die Verbindung von biomechanischen Variablen, welche laut bisherigem Forschungsstand als sicher gegen schädliche Vibrationsübertragungen zum Kopf gelten, nur zu leichten bis moderaten Muskelaktivierung im Oberkörper. Die Ergebnisse dieser Dissertation liefern einen Beitrag zur Grundlagenforschung auf dem Gebiet des Vibrationstrainings und können weiteren Forschungsarbeiten hilfreich sein. Darüber hinaus kann diese Arbeit helfen die Qualität von Vibrationstrainingsangeboten zu verbessern und somit zum praktischen Nutzen beitragen.

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