Zusammenfassung: Handcycling stellt eine effiziente Fortbewegungsartfür Menschen mit Querschnittslähmung oder Amputation der unteren Extremität dar, die zur Entwicklung und Aufrechterhaltung der Ausdauerleistungsfähigkeitbeiträgt. Obwohl Handcycling im Vergleich zum Rollstuhlfahren mit einer geringerenGelenkbelastung einhergeht, weisen Paralympische Athleten eine hohe Verletzungsanfälligkeit im Bereich der oberen Extremität auf. Studien, die sich mit den physiologischen Aspekten des Handcycling und dessen Training beschäftigt haben, befasstensich bisher vornehmlich mit dem aeroben Stoffwechsel im Sinne der maximalen Sauerstoffaufnahme (V.O2max) und Bewegungsökonomie.In biomechanischen Untersuchungen wurde zwar der Einfluss verschiedener Handbikeeinstellungen und Intensitäten ausführlich untersucht;jedoch basieren die Erkenntnisse komplexer Studien, die gleichzeitig Kurbelkinetik, Gelenkkinematik und Muskelaktivität bestimmt haben, zumeistauf Einzelfällen. Daher widmet sich diese Arbeit der Untersuchung des anaeroben Stoffwechsels im Sinne der Laktatkinetik und maximalen Laktatbildungsrate (V.Lamax) sowie einer komplexen, biomechanischen Betrachtung der Antriebsbewegung im Handcycling bei mehreren Probanden. In zwei Studien wurden ambitionierte Triathleten(n = 12 und n = 18) untersucht. Die erste Studie widmete sich derLaktatkinetik, Kurbelkinetik, Gelenkkinematik und Muskelaktivität während drei verschiedener Belastungsmodalitäten: ein Stufentest bis zur subjektiven Ausbelastung, ein maximaler Sprinttest über 15 Sekunden sowie ein 30 minütiger Dauertest bei einer Intensität analog zu einer Laktatkonzentration von der 4 mmol·l-1(P4). Die Belastungstests wurden in einem wettkampforientierten Handbike (Shark S, Sopur, Sunrise Medical, Malsch, Germany)durchgeführt, welches in einem entsprechenden Ergometer (8 Hz, Cyclus 2, RBM electronic automation GmbH, Leipzig, Germany)montiert wurde. Die Laktatkinetik wurde über ein stationäres Analysegerät (Biosen C-Line, EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany)und geeignete Interpolationsgleichungen bestimmt. Ein in der Kurbel montierter Leistungsmesser (1000 Hz, Schoberer Rad Messtechnik GmbH, Jülich, Germany)ermöglichte die Bestimmung des tangentialen Drehmomentes. Die Kinematik des Schulter-, Ellenbogen-undHandgelenkes sowie des Rumpfes wurde,im Einklang mit demUpper Limb Modell von Vicon Nexus und Empfehlungen der ISB, über ein 3D Bewegungsanalysesystem (100 Hz, Vicon Nexus 2.3, Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK)bestimmt. Die Aktivität von zehn Muskeln der oberen Extremität und des Rumpfes wurde über eine kabellose Oberflächenelektromyographie (sEMG) ermittelt(1000 Hz, DTSEMG Sensor®, Noraxon Scottsdale, Arizona, USA).Des Weiteren wurde ein Vergleich zwischen sport-und muskelspezifischen maximalen willkürlichen isometrischen Kontraktionen (MVICs) durchgeführt, um geeignete Normalisierungspositionen der jeweiligen sEMG-Signale zu bestimmen. Im Rahmen der zweiten Studie wurde die maximale Leistung und V.Lamaxim Handcycling und Radfahren hinsichtlich der Reliabilität sowie Differenzen und Korrelationen zwischen den Extremitäten untersucht. Die V.Lamaxstellte sich als vielversprechender Parameter heraus, dasie eine hohe Reliabilität aufwies und sowohl mit der aeroben als auch anaeroben Leistungsfähigkeit signifikant korrelierte. Außerdem erwies sich die V.Lamaxals extremitätsspezifisch, was eine Relevanz für die Leistungsdiagnostik von Ausdauersportarten haben könnte, die obere und untere Extremitäten in vergleichbarerWeise einsetzen (wie z. B. Rudern undSkilanglauf). Die biomechanischen Messungen zeigten, dass die Zugphase bei zunehmender Belastungsintensität und -dauer an relativer Bedeutsamkeit gewinnt. Aus den sEMG Messungen konnten die Aktivierungsmuster der beteiligten Muskeln (MAPs) erstellt werden, die eine Bestimmung der jeweiligen Funktion im Kurbelzyklus zulassen. Als Initiator der Zugphase zeigte der posteriore Anteil des M. deltoideus (DP) die stärksten Veränderungen bei zunehmender Belastungsintensität und -dauer auf, was auf die Notwendigkeit zusätzlichen Krafttrainings hinweist. Während die sEMG-Signale mancher Muskeln durchaus sportart-spezifisch normalisiertwerden können, sollte man beianderenwiederum MVICs in muskel-spezifischen Positionen durchführen.Zukünftige Studien sollten die vorgestellten Verfahren bei trainierten (querschnittsgelähmten) Handbikern und/oder Paratriathleten replizieren und den Effekt verschiedener Trainingsbelastungen auf die V.Lamaxuntersuchen. Gleiches gilt für die Analyse komplexer, biomechanischer Aspekte im Handcyclingunter besonderer Berücksichtigung der MAPs. Summary: Handcycling is an efficient and aerobically demanding exercise for improving endurance in individuals with anspinal cord injury (SCI) or amputation of the lower limb/s. Even though handcycling was found to be mechanically less straining when compared to manual wheelchair propulsion, Paralympic athletes are prone to overuse injuries of the upper extremity. Physiological aspects of handcycling exercise during cross-sectional and longitudinal studies have primarily investigated aerobic metabolism in terms ofmaximal oxygen consumption(V.O2max)and efficiency. Biomechanical aspects of handcycling propulsion demonstrated alterations due to the handbike setup and different intensities. However, studies combining crank kinetics, joint kinematics and muscularactivity are primarily based on single-case studies. Hence, this thesis aimed to assess anaerobic metabolism in terms of lactate kinetics and maximal lactate accumulation rate (V.Lamax) and examine the complex biomechanicsunderlying handcycling propulsion in several participants. Two studies were performed inn = 12 and n = 18 able-bodied triathletes, respectively. In the first study, lactate kinetics, crank kinetics, joint kinematics and muscularactivity were measured during three exercise modalities: an incremental step test until volitional exhaustion, a 15-sall-out sprint test and a 30-min continuous load trial at the individual lactate threshold (P4). The tests were performed in a recumbent racing handcycle (Shark S, Sopur, Sunrise Medical, Malsch, Germany) that was mounted on an ergometer (8 Hz, Cyclus 2, RBM electronic automation GmbH, Leipzig, Germany). Lactate kineticswere determined byusing an enzymatic-amperometric sensor chip system (Biosen C-Line, EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Germany)and adequate interpolation approaches.Tangential crank torque was measuredusing a power meter (1000 Hz, Schoberer Rad Messtechnik GmbH, Jülich, Germany) installed in the crank.Joint kinematics of the shoulder, elbow, wrist and trunk were calculated according to the Upper Limb Model of Vicon Nexus and ISB recommendation by using a 3D motion capturing system (100 Hz, Vicon Nexus 2.3, Vicon Motion Systems Ltd., Oxford, UK). Surface electromyography (sEMG) was performed for ten muscles of the upper extremity and trunk using a wireless sEMG system(1000 Hz, DTSEMG Sensor®, Noraxon Scottsdale, Arizona, USA).Additionally, different sEMG normalisation procedures were compared to determine adequate maximal voluntary isometric contraction (MVIC) positions. In the second study, peak power output and V.Lamaxwere compared between handcycling and conventional (leg) cycling in terms of reliability, differences between and correlations among extremities V.Lamaxwas identified as a promising parameter in handcycling exercise testing, since V?Lamaxattained high reliability and correlated with both aerobic and anaerobic performance. Moreover, V.Lamaxwas found to be extremity-specific which might be relevant for exercise testing in endurance sports with an emphasis on both extremities(e. g. rowing andcross-country skiing). Based on the biomechanical measurements, the pull phase was found to increase in work distribution with exercise intensity and duration. The muscular activation patterns (MAPs) of the examined muscles were used to identify their function inpropulsion cycle and assess their sensitivity to fatigue. As the initiator of the pull phase, the posterior part of M. deltoideus (DP) was found to be most affected by exercise intensity and duration which highlights the necessity for additional conditioning. Whereas some muscles can be normalised by sport-specific MVICs, some muscles should be normalised muscle-specifically. Future studiesshould replicate these studies, examine the effect of deliberate training on V.Lamaxand investigate handcycling biomechanics in severalelite SCI handcyclists/paratriathletes.
© Copyright 2020 Veröffentlicht von DSHS. Alle Rechte vorbehalten.