Dysbalancen der Muskel- und Sehnenadaptation bei jugendlichen Athleten

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1 Dysbalancen der Muskel- und Sehnenadaptation bei jugendlichen Mersmann F.12 Bohm S.12 Schroll A.12 Marzilger R.12 und Arampatzis A.12 1 Abteilung Trainings- und Bewegungswissenschaften Humboldt-Universität zu Berlin 2 Berlin School of Movement Science Hintergrund Muskel-Sehnen-Einheit jugendlicher AkBvierung Morphologie Architektur Folland et al Kurihara et al O Brien et al. 2010ac Mechanische Belastung Reifung Materialeigenscha.en Sehnenquerschni2 Bohm et al O Brien et al. 2010b Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de Muskelkra) Sehnensteifigkeit 2

2 Hintergrund Muskel-Sehnen-Einheit jugendlicher Mechanische Belastung Reifung Unterschiede AdaptaBonsverlauf und wirksame SBmuli Kubo et al ; Arampatzis et al ; Bohm et al Episoden erhöhter Beanspruchung Neugebauer et al Muskelkra) Risiko von Dysbalancen Sehnensteifigkeit Falk Mersmann 3 Hintergrund Dysbalancen und Verletzungsrisiko Evidenz für Dysbalancen bei adoleszenten Volleyballathleten Mersmann et al Zusammenhang mechanische Beanspruchung und Überlastung Arya & Kulig 2010; Child et al. 2010; Couppé et al Abb.: Prävalenz von Tendinopathien bei 613 verschiedener Sportarten. Lian et al p. 563 Falk Mersmann 4

3 Hintergrund Fragestellung Das Ziel dieser Studie war es... detaillierte InformaBonen über den AdaptaEonsverlauf von Muskel und Sehne während der Adoleszenz zu gewinnen den Effekt von Training auf die Uniformität der Entwicklung von Muskel und Sehne zu untersuchen Hypothesen è Nicht-uniforme Entwicklung von Muskel und Sehne à Episoden erhöhter Sehnenbeanspruchung bei Falk Mersmann 5 Methoden Teilnehmer & experimentelles Design Adoleszente Kontrollgruppe 7 m 5 w 16 ± 1 Jahre; 187 ± 7 cm; 73 ± 10 kg Volleyball Kaderathleten ~ 3h Kra(- ~ 4h Athle0k- & ~ 9h Balltraining pro Woche 3 m 5 w 16 ± 1 Jahre; 169 ± 9 cm; 57 ± 9 kg Sportliche AkBvität < 2x / Woche Baseline 3M 6M 9M 12M Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 6

4 Methoden Muskeleigenschaften Morphologie & Architektur Muskeldicke Fiederungswinkel InakBver Muskel (Vastus lateralis) 60 Kniewinkel Muskelkra) Knieextensionsmomente Achsenverschiebungen Arampatzis et al GravitaBonsmomente Arampatzis et al AntagonisBsche KoakBvierung Mademli et al Falk Mersmann 7 Methoden Sehneneigenschaften Mechanische Eigenscha)en Sehnensteifigkeit maximale Dehnung Fünf isometrische KontrakBonen Schulze et al Kra.-ElongaBons-Verhältnis Falk Mersmann Hebelarm zur KalkulaBon der Sehnenkra. : MRT SegmenBerung Churchill et al. 1998; Herzog & Read 1993 Kontrollgruppe: Vorhersage über anthropometrische Daten 8

5 Methoden Sehneneigenschaften Mechanische Eigenscha)en Sehnensteifigkeit maximale Dehnung Fünf isometrische KontrakBonen Schulze et al Kra.-ElongaBons-Verhältnis Hebelarm zur KalkulaBon der Sehnenkra. : MRT SegmenBerung Churchill et al. 1998; Herzog & Read 1993 Kontrollgruppe: Vorhersage über anthropometrische Daten Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 9 Methoden Datenanalyse Zeitabhängige Veränderungen und Gruppenunterschiede Lineares Mixed-Modell (LMM) FluktuaEonen über die Zeit Absolute Residuen des LMM AssoziaEon & Uniformität der Muskel-Sehnen-AdaptaEon LMM & Kosinusähnlichkeit AssoziaBon: LMM Vorhersage Steifigkeit über Sehnenkra. Uniformität: Kosinusähnlichkeit der relabven Veränderungen Rel. Änderungen S2-S3 [%] θ 1 Sehnenkra. Steifigkeit Rel. Änderungen S1-S2 [%] Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 10

6 Ergebnisse Entwicklung der Muskelkraft & Sehnensteifigkeit Mittel Kontrollgruppe Mittel Sehnensteifigkeit [N/mm] MVC [Nm] Baseline 3M 6M 9M 12M Baseline 3M 6M 9M 12M # sign. Änderung über die Zeit Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 11 Ergebnisse Fluktuation der Muskel-Sehnen-Eigenschaften Kontrollgruppe Residuen [Nm] Residuen [N/mm] Residuen [mm] Residuen [ ] MVC Sehnensteifigkeit Muskeldicke Fiederungswinkel * sign. Unterschied zw. Gruppen Größere FluktuaBonen Muskelkra. & Fiederungswinkel bei Fiederungswinkel und Muskeldicke eng mit MVC assoziiert (R 2 094) Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 12

7 Ergebnisse Uniformität von Sehnenkraft und Steifigkeit Kontrollgruppe Residuen [N/mm] Kosinusähnlichkeit Steifigkeit über Sehnenkraft Ähnlichkeit Δ-Steifigkeit & Δ-Sehnenkraft * sign. Unterschied zw. Gruppen zeigten eine niedrigere AssoziaBon und Uniformität der Muskel- und SehnenadaptaBon Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 13 Ergebnisse Konsequenzen für die Sehne Kontrollgruppe Sehnendehnung [%] Kontrollgruppe Residuen [%] Baseline 3M 6M 9M 12M Baseline 3M 6M 9M 12M Sehnendehnung * sign. Unterschied zw. Gruppen zeigten im Mi2el höhere maximale Sehnendehnungen sowie größere FluktuaBonen der Dehnung Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 14

8 Diskussion Nicht-uniforme Adaptation von Muskel und Sehne zeigten größere FluktuaEonen der Muskelkra) Saisonale Variabilität der mechanischen Belastung Koutedakis 1995 und geringere Uniformität der Muskel- und SehnenadaptaBon. Plyometrisches Belastungsprofil effekbv für Muskel- aber nicht SehnenadaptaBon Kubo et al. 2007; Bohm et al è Größere chronische Beanspruchung der Sehne Möglicher Beitrag zur PrädisposiBon für Überlastungserscheinungen der Sehne Arya & Kulig 2010; Child et al Falk Mersmann 15 Diskussion Nicht-uniforme Adaptation von Muskel und Sehne zeigten größere FluktuaEonen der Muskelkra) Saisonale Variabilität der mechanischen Belastung Koutedakis 1995 VerletzungsprävenEon: Spezifisches Sehnentraining è 85 % MVC KontrakBonen ~ 3 s KontrakBonsdauer und geringere Uniformität der Muskel- und SehnenadaptaBon. Arampatzis et al ; Bohm et al Plyometrisches Belastungsprofil effekbv für Muskel- aber nicht SehnenadaptaBon Kubo et al Bohm et al DiagnosEk: Bewertung des Verletzungsrisikos è Dehnung der Sehne bei maximalen KontrakBonen als è Größere Marker chronische zur EvaluaBon Beanspruchung der Beanspruchung der Sehne Möglicher Beitrag zur PrädisposiBon für Überlastungserscheinungen der Sehne Arya & Kulig 2010 Child et al Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 16

9 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Folien & Literaturverzeichnis zum Download Link SebasBan Bohm Arno Schroll Robert Marzilger AdamanBos Arampatzis Falk Mersmann 17 Referenzen Imbalanced adaptation of muscle and tendon Arampatzis A Karamanidis K Albracht K. AdaptaBonal responses of the human Achilles tendon by modulabon of the applied cyclic strain magnitude. J Exp Biol Aug;210(Pt 15): Arampatzis A Karamanidis K De Monte G Stafilidis S Morey-Klapsing G Bruggemann G. Differences between measured and resultant joint moments during voluntary and arbficially elicited isometric knee extension contracbons. Clin Biomech. 2004;19(3): Arampatzis A Peper A Bierbaum S Albracht K. PlasBcity of human Achilles tendon mechanical and morphological properbes in response to cyclic strain. J Biomech. 2010;43(16): Arya S Kulig K. Tendinopathy alters mechanical and material properbes of the Achilles tendon. J Appl Physiol Mar 1;108(3): Bohm S Mersmann F Arampatzis A. Human tendon adaptabon in response to mechanical loading: a systemabc review and meta-analysis of exercise intervenbon studies on healthy adults. Sports Medicine - Open Mar 27;1:7. Bohm S Mersmann F Te2ke M Kra. M Arampatzis A. Human Achilles tendon plasbcity in response to cyclic strain: effect of rate and durabon. Journal of Experimental Biology Nov 12;217(22): Child S Bryant AL Clark RA Crossley KM. Mechanical properbes of the achilles tendon aponeurosis are altered in athletes with achilles tendinopathy. Am J Sports Med Sep;38(9): Churchill D Incavo S Johnson C Beynnon B. The transepicondylar axis approximates the opbmal flexion axis of the knee. Clin Orthop Relat Res. 1998;(356): Couppé C Kongsgaard M Aagaard P Vinther A Boesen M Kjaer M et al. Differences in tendon properbes in elite badminton players with or without patellar tendinopathy. Scand J Med Sci Spor Jan 10;:n a. Folland JP Williams AG. The AdaptaBons to Strength Training: Morphological and Neurological ContribuBons to Increased Strength. Sports Med. 2007;37: Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 18

10 Referenzen Imbalanced adaptation of muscle and tendon Herzog W Read LJ. Lines of acbon and moment arms of the major force-carrying structures crossing the human knee joint. J Anat Apr;182 ( Pt 2): Koutedakis Y. Seasonal VariaBon in Fitness Parameters in CompeBBve Athletes. Sports Med Jun;19(6): Kubo K Ikebukuro T Maki A Yata H Tsunoda N. Time course of changes in the human Achilles tendon properbes and metabolism during training and detraining in vivo. Eur J Appl Physiol Nov 22;112(7): Kubo K Ikebukuro T Yata H Tsunoda N Kanehisa H. Time course of changes in muscle and tendon properbes during strength training and detraining. J Strength Cond Res Feb;24(2): Kubo K Morimoto M Komuro T Yata H Tsunoda N Kanehisa H et al. Effects of plyometric and weight training on muscle-tendon complex and jump performance. Med Sci Sport Exer Oct;39(10): Kurihara T Kanehisa H Abe T Tsunoda N Fukunaga T Kawakami Y. Gastrocnemius muscle architecture and external tendon length in young boys. J Biomech. Elsevier; 2007 Jan;40:S690. Lian OB Engebretsen L Bahr R. Prevalence of jumper's knee among elite athletes from different sports: a crosssecbonal study. Am J Sports Med Apr;33(4): Mademli L Arampatzis A Morey-Klapsing G Bruggemann G. Effect of ankle joint posibon and electrode placement on the esbmabon of the antagonisbc moment during maximal plantarflexion. J Electromyogr Kines. 2004;14(5): Mersmann F Bohm S Schroll A Boeth H Duda G Arampatzis A. Evidence of imbalanced adaptabon between muscle and tendon in adolescent athletes. Scand J Med Sci Spor Dec 27;24(4):E Mersmann F Bohm S Schroll A Boeth H Duda GN Arampatzis A. Muscle and tendon adaptabon in adolescent athletes: A longitudinal study. Scand J Med Sci Spor. 2015; doi: /sms [Epub ahead of print]. Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 19 Referenzen Imbalanced adaptation of muscle and tendon Neugebauer JM Hawkins DA. IdenBfying factors related to Achilles tendon stress strain and sbffness before and a.er 6 months of growth in youth years of age. J Biomech Sep 21;45(14): O'Brien TD Reeves ND Baltzopoulos V Jones DA Maganaris CN. In vivo measurements of muscle specific tension in adults and children. Exp Physiol. 2010a Jan;95(1): O'Brien TD Reeves ND Baltzopoulos V Jones DA Maganaris CN. Mechanical properbes of the patellar tendon in adults and children. J Biomech. 2010b Apr 19;43(6): O'Brien TD Reeves ND Baltzopoulos V Jones DA Maganaris CN. Muscle-tendon structure and dimensions in adults and children. J Anat. 2010c May 1;216(5): Schulze F Mersmann F Bohm S Arampatzis A. A wide number of trials is required to achieve acceptable reliability for measurement patellar tendon elongabon in vivo. Gait & Posture Feb;35(2): Falk Mersmann falk.mersmann@hu-berlin.de 20