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Ortopedia

Stochastic resonance whole body vibration reduces musculoskeletal pain: A randomized controlled trial

Elfering A, Thomann J, Schade V, Radlinger L. Stochastic resonance whole body vibration reduces musculoskeletal pain: A randomized controlled trial. World J Orthop. 2011 Dec 18;2(12):116-20. doi: 10.5312/wjo.v2.i12.116. PMID: 22474630; PMCID: PMC3302035.

AIM: To examined the effects of stochastic resonance whole-body vibration training on musculoskeletal pain in young healthy individuals. METHODS: Participants were 43 undergraduate students of a Swiss University. The study was designed as a randomized controlled trial (RCT) with randomized group allocation. The RCT consisted of two groups each given 12 training sessions during four weeks with either 5 Hz- Training frequency (training condition) or 1.5 Hz Training frequency (control condition). Outcome was current musculoskeletal pain assessed in the evening on each day during the four week training period.

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Zum Einsatz randomisierter Oszillationen in der Prävention und Rehabilitation von Rupturen des vorderen Kreuzbandes im alpinen Skirennlauf

Haas, C. T., Kaiser, I., Turbanski, S., & Schmidtbleicher, D. (2002). Zum Einsatz randomisierter Oszillationen in der Prävention und Rehabilitation von Rupturen des vorderen Kreuzbandes im alpinen Skirennlauf. Frankfurt: Johann Wolfgang Goethe-Universität, Institute Sports Sciences.

Der Bandapparat des Kniegelenks gehört zu den verletzungsanfälligsten anatomischen Strukturen; rund 95 % der Kreuzbandverletzungen betreffen das vordere Kreuzband (VKB). Im alpinen Skilauf entfallen 20–30 % aller Verletzungen auf das Kniegelenk, im Weltcup erleidet etwa jeder dritte Athlet mindestens einmal in der Karriere eine Kreuzbandruptur. Da die Stabilität des VKB nicht allein mechanisch, sondern maßgeblich neuromuskulär gesichert wird, war Ziel dieser Studie die Evaluation von Trainingsmaßnahmen auf Basis mechanischer Ganzkörperschwingungen (System Zeptor-med) hinsichtlich ihrer präventiven und rehabilitativen Wirkung. Methodik: In Untersuchung 1 wurden bei gesunden Personen die Effekte nicht-harmonischer Schwingungsreize von 6 Hz und 10 Hz (Amplitude 3 mm, Schwankungsbereich ±1 Hz/s, 5 × 60 s mit 60 s Pause) auf die statische Gleichgewichtsregulation im Einbeinstand auf einer federgelagerten, zweidimensional auslenkbaren Plattform analysiert. Untersuchung 2 übertrug das daraus abgeleitete Design auf Leistungssportler mit VKB-Ruptur. Ergebnisse und Diskussion: Die randomisierten Schwingungsreize zeigten ad hoc positive Einflüsse auf potenziell protektive neuromuskuläre Steuerungsvorgänge und auf die Gleichgewichtsregulation. Das unterschiedliche Ansprechen der beiden Frequenzbänder verdeutlicht, dass die Effektstruktur nicht durch die Schwingung an sich, sondern durch deren spezifische Reizcharakteristik determiniert wird. Randomisierte Oszillationen erscheinen damit als sinnvolle Ergänzung in Prävention und Rehabilitation von Kreuzbandverletzungen im alpinen Skirennlauf.

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Using stochastic resonance and strength training as part of a rehabilitation programme for recurrent low back pain treatment: a case study

Washif JA, Teichmann J, Kok LY, Schmidtbleicher D. Using stochastic resonance and strength training as part of a rehabilitation programme for recurrent low back pain treatment: a case study. J Exerc Rehabil. 2019 Feb 25;15(1):139-147. doi: 10.12965/jer.1836532.266. PMID: 30899750; PMCID: PMC6416500.

Low back pain (LBP) is a common disabling health problem that can cause decreased spine proprioception. Stochastic resonance (SR) can influence detection performance, besides improving patients with significant sensory deficits, but have not been thoroughly tested for LBP. This study aimed to examine the application of SR therapy (SRT) and strength training for LBP treatment. The subject was a resistancetrained male in his early thirties. His back pain was unbearable after a strength training session. Standard pain relief alleviated the pain but the LBP developed at a similar intensity after 4 weeks. SRT (4–5 sets × 90 sec, 30-sec rest interval, supine position) was prescribed along with other exercises for 3 weeks (phase 1), and followed by tailor-made strength training for 16 weeks (phase 2).

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Studie zur Anwendung der Stochastischen Resonanztherapie bei der Rehabilitation nach durchgeführter Alloplastik des Hüftgelenks

Gesundheitszentrum NZOZ Neptun in Jantar Abteilung für Stationäre Rehabilitation Leitung: Chefarzt Dr. Krzysztof Weselak, Arzt für Physikalische Medizin Autor: Mag. Physiotherapie Joanna Kucharska

Das Ziel der therapeutischen Behandlungen, die in NZOZ Neptun in Jantar durchgeführt werden, ist die Verbesserung des allgemeinen Gesundheitszustands bei Patienten im Rahmen eines 3-wöchigen Reha-Aufenthalts nach durchgeführter Alloplastik des Hüftgelenkes. Die von uns durchgeführte Untersuchung sollte die Frage beantworten, wie sich Gleichgewichtsstörungen bei Patienten nach durchgeführter Alloplastik des Hüftgelenkes entwickeln und ob sie therapierbar sind. Zu prüfen war dabei, inwiefern die Stochastische Resonanztherapie den Heilprozess beeinflußen kann. Die bisherigen Beobachtungen ließen folgende Teilfragen aufkommen: - Beinflusst die SRT- Therapie die Gleichgewichtshaltung? - Belasten die Patienten beide unteren Extremitäten gleichmäßig? - Wie entwickelt sich die Gleichgewichtshaltung von Patienten nach durchgeführter Alloplastik des Hüftgelenkes? Die Untersuchung wurde während eines Reha- Aufenthaltes durchgeführt, wo alle Patienten nach vorläufiger ärztlicher Zulassung mit angeordneten körperlichen und heilgymnastischen Übungen behandelt wurden. Eine Gruppe von Patienten wurde zusätzlich mit SRT behandelt.

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Stochastic Resonance Whole-Body Vibration, Musculoskeletal Symptoms, and Body Balance: A Worksite Training Study

Elfering, A., Arnold, S., Schade, V., Burger, C., & Radlinger, L. (2013). Stochastic resonance whole-body vibration, musculoskeletal symptoms, and body balance: a worksite training study. Safety and health at work, 4(3), 149-155.

Background: Stochastic resonance whole-body vibration training (SR-WBV) was tested to reduce workrelated musculoskeletal complaints. Methods: Participants were 54 white-collar employees of a Swiss organization. The controlled crossover design comprised two groups each given 4 weeks of exercise and no training during a second 4-week period. Outcome was daily musculoskeletal well-being, musculoskeletal pain, and surefootedness. In addition, participants performed a behavioral test on body balance prior to when SR-WBV started and after 4 weeks of SR-WBV. Results: Across the 4-week training period, musculoskeletal well-being and surefootedness were significantly increased (p < 0.05), whereas musculoskeletal pain was significantly reduced only in those who reported low back pain during the last 4 weeks prior to the study (p < 0.05).

Ortopedia

Stochastic resonance in osteogenic response to mechanical loading

Tanaka, S.M., Alam, I. and Turner, C.H. (2003), Stochastic resonance in osteogenic response to mechanical loading. The FASEB Journal, 17: 313-314. https://doi.org/10.1096/fj.02-0561fje

Stochastic resonance, in which noise enhances the response of a nonlinear system to a weak signal, has been observed in various biological sensory systems. We speculated that bone formation in response to mechanical loading could be enhanced by adding noise (vibration) to a standard exercise regimen. To test this hypothesis, three different loading regimens were applied to the ulnae of mice: (1) high amplitude, low frequency sinusoidal loading at 2 Hz with an amplitude of 3 N to simulate exercise; (2) low amplitude, broad frequency vibration with frequency components 0-50 Hz and 0.3 N of mean amplitude; (3) the sinusoidal wave combined with vibration (S+V) to invoke stochastic resonance. The simulated exercise regimen induced new bone formation on the periosteal surface of the ulna, however the addition of vibration noise with exercise enhanced the osteogenic response by almost 4-fold. Vibration by itself had no effect on bone formation. It was concluded that adding low magnitude vibration greatly enhanced bone formation in response to loading, suggesting a contribution of stochastic resonance in the osteogenic response.

Ortopedia

Musculoskeletal and cognitive effects of stochastic resonance whole body vibration: A Randomized Controlled Trial

Yannik Faes, Cornelia Rolli Salathé, Céline Cébe, Andreas Szukics, Achim Elfering. Musculoskeletal and cognitive effects of stochastic resonance whole body vibration: A randomized controlled trial. BJHBS [Internet]. 2020 Jul. 3 [cited 2024 Oct. 13];19(1):20-3. Available from: https://bjhbs.hupe.uerj.br/bjhbs/article/view/103

Introduction: We investigated the acute musculoskeletal and cognitive effects of stochastic resonance whole-body vibration (SR-WBV). To our knowledge, no study looked at the effects of SR-WBV on inhibitory control so far. Materials and Methods: In this randomized controlled trial, participants were randomly allocated into a verum (6 Hz, SR-WBV) or sham (2 Hz, SR-WBV) condition. Inhibitory control was measured with the Stroop Test before and after the exercise. Also, muscle stiffness, muscle relaxation, sense of balance and surefootedness were assessed in a questionnaire before and after the exercise. Results: Inhibitory control increased significantly after verum SR-WBV (t = 2.949, P = 0.018), but not after sham SR-WBV (t = 1.165, P = 0.252). Muscle stiffness decreased significantly after verum (t = 5.273, P < 0.000), but not after sham SR-WBV (t = 1.533, P = 0.135). Also, muscle relaxation increased significantly after verum (t = -2.879, P = 0.007), but not after sham SR-WBV (t = -1.650, P = 0.108). Sense of balance increased significantly after verum (t = -2.061, P = 0.047), but not after sham SR-WBV (t = 0.347, P = 0.730). No significant effect was found in surefootedness, whether after verum (t = -0.966, P = 0.341) nor after sham SR-WBV (t = 0.849, P = 0.402). Conclusions: SR-WBV seems to be an appropriate method to improve not only physiological measurements but newly also cognition, i.e. inhibitory control. In this study we could show that SR-WBV exercise reduces interference and increases inhibitory control in a young and healthy sample.

Pediatria

Stochastische Resonanztherapie bei Kindern mit neurodegenerativen Dysfunktionen

Die stochastische Resonanztherapie wird bei Kindern im Alter ab ca. 18 Monaten eingesetzt, auch bei Kindern in verschiedenem Alter und Erwachsene, die schon zuvor unsere langjährigen Patienten waren. Bei allen Patienten wurde eine Verbesserung festgestellt. Bei manchen Kindern konnte schon am Anfang der Therapie eine deutlich verbesserte Funktionsfähigkeit beobachtet werden, während bei anderen die therapeutischen Effekte erst nach wiederholtem Einsetzen eintraten. Dies ist vermutlich auf das individuelle Einwirkungspotenzial der Patienten zurückzuführen und hängt von der Disfunktion beim einzelnen Kind ab. In den meisten Fällen ließen sich die Kinder, auch die kleinsten, gern therapieren. Nur in wenigen Fällen mussten sie während der ersten Therapieeinheit von ihren Eltern ermuntert werden, um die Angst vor dem Gerät zu überwinden. Eine Umwandlung des Trainings in ein Spiel, bei dem der Therapeut das Gerät als Zug oder Schaukelpferd darstellt, erweckte bei den kleinen Patienten in der Regel großes Interesse, das stärker als ihre Angst war und ermöglichte mit der Therapie reibungslos zu beginnen. Vereinzelt kam es vor, dass manche Kinder, insbesondere die mit autistischen Läsionen, nach mehreren Trainingseinheiten "rebellierten" und manchmal mussten wir, falls sich das Kind keinesfalls überreden ließ, an jenem Tag auf das Training verzichten.

Pediatria

Stochastische Resonanztherapie in der Praxis Dr. Witold Furgał

Gegenstand der Anwendungsbeobachtung Die Stochastische Resonanztherapie ist innerhalb von 6 Wochen von mir an vier behinderten Kindern angewendet worden: 1. Radek Ł., männlich, 15 Jahre, Diagnose: Autismus/ Asperger-Syndrom 2. Agata W., weiblich, 18 Jahre, Diagnose: Autismus 3. Marcin L., männlich, 14 Jahre, Diagnose: Kleinhirnschädigung, wachstumsbedingte Knochenund Gelenkschmerzen 4. Mateusz S., männlich, 16 Jahre, Diagnose: Ataxie Jedes der Kinder wird daneben umfassend pädagogisch und psychotherapeutisch betreut. Die Behandlung mit der SRT erfolgte bei jedem Kind zwei Wochen lang täglich und anschließend einen weiteren Monat lang zweimal pro Woche. Anwendungsbeobachtungen Radek Der erhöhte Tonus, der bei den autistischen Kindern oft auftritt, wurde bereits nach der ersten Anwendung reduziert. Radek lief vor der Behandlung mit stark vorgebeugtem Körper und ließ den Kopf nach unten hängen. Nach jeder Behandlung hat sich eine deutliche Verbesserung seiner Körperhaltung ergeben. Speziell konnte der Junge seinen Kopf dauerhaft aufrecht halten. Darüber hinaus berichtete mir Radeks Mutter, dass ab der zweiten Behandlung die Schlafstörungen des Jungen nicht mehr auftraten.

Raporty z praktyki

Dr. Jürgen Kuhl – Stochastische Resonanztherapie

Erfahrungsbericht eines Arztes mit inkompletter Querschnittlähmung unterhalb des dritten Halswirbels nach schwerem Verkehrsunfall, dokumentiert über ein Jahr stochastische Resonanztherapie (SRT, umgangssprachlich „Rütteltherapie“). Ausgangslage: Nach 13-monatiger Erstrehabilitation nutzte der Autor konsequent Physio- und Ergotherapie, um wiedererlangte Funktionen zu erhalten und zu verbessern. Die SRT lernte er über die leitende Physiotherapeutin einer Frührehabilitation kennen. Durchführung: Freies Stehen auf den beiden schwingenden Fußplatten, Blick in den Raum, Arme locker hängend; standunsichere Patienten werden am Gerät gesichert. Die Position wurde je nach Behandlungsfortschritt variiert (Schrittstellung, gegrätschter Stand, Vierfüßlerstand/Krabbeln, kombiniert mit forciertem Gehen im Gehtrainer). Trainingsprotokoll: 50 Sekunden Vibration, 50 Sekunden Pause, fünf Wiederholungen. Die Rüttelimpulse werden abschnittsweise im ganzen Körper unterschiedlich wahrgenommen; nach der Behandlung beschreibt der Autor eine Ermüdung wie nach einem Trainingslauf. Wirkprinzip aus Patientensicht: Kurze, dreidimensionale Schwingungen, bei denen sich jede Schwingung von der nächsten unterscheidet und die zusätzlich von Störimpulsen überlagert werden. Weil kein Reiz dem anderen gleicht, wird die Habituation des Gehirns gegenüber wiederkehrenden, bedeutungslosen Reizen überwunden; die Muskulatur antwortet mit feinen Reflexen. Das Gehirn wird gefordert, aus den nach Rückenmarksschädigung „chaotisch“ eintreffenden Impulsen neue, funktionierende Bewegungsmuster zu bilden und abzuspeichern. Verlauf und beobachtete Veränderungen: Nach fünf Einheiten Schmerzfreiheit bei gleichzeitiger Reduktion von Ibuprofen (1800 mg auf 600 mg pro Tag), deutlich verbesserte Beweglichkeit der linken Schulter und ein von den Therapeuten bestätigt verbessertes Gangbild. Weitere Reduktion des Muskelrelaxans Lioresal (von 150 mg auf zunächst 95 mg, später 75–80 mg pro Tag), Diazepam und Ibuprofen konnten abgesetzt werden. Blasenfunktion: Entleerungen von acht auf sechs reduziert, Toilettengang von bis zu 60 auf 20–30 Minuten verkürzt, imperativer Harndrang weitgehend verschwunden, Anticholinergika vollständig abgesetzt, Blasenkapazität von 500 auf 700 ml gesteigert. Rückkehr von Oberflächen- und Tiefensensibilität besonders an Händen und Fingern (bessere Temperatur- und Formunterscheidung, Schriftbild geordnet und flüssiger), erstmals warme Füße beim Baden und wieder einsetzende Schweißsekretion unterhalb der Läsionshöhe. Verbesserte Rumpfkontrolle und Standfestigkeit: selbstständiges Aufrichten aus tiefem Sessel, Rotationsbewegungen im Rumpf, Rollen mit über den Kopf gestreckten Armen, Gehstrecke im Gehtrainer rund 200 m (ca. 50 m ohne Festhalten). Ungestörter Nachtschlaf, verbesserte Vigilanz und kognitive Leistung („Verlieren des roten Fadens“ verschwunden), subjektiv verbesserte Atemfunktion. Nach drei Jahren Osteoporosebehandlung lag die Knochendichte trotz Dauertherapie mit Heparin wieder im altersentsprechenden Normbereich – daran rechnet der Autor der SRT einen wesentlichen Anteil zu. Kritisch dokumentiert werden auch Belastungen: phasenweise nachlassende Kniekontrolle mit kontrollierten Stürzen, nachts heftige Spastik, muskelkaterartige Schmerzen nach intensiven Einheiten sowie interkurrente Harnwegsinfekte, die die Leistungsfähigkeit zeitweise einschränkten. Fazit des Autors: Die stochastische Resonanztherapie ist eine einfache, nach seiner Erfahrung jedoch hochwirksame Behandlung, wenn sie konsequent und über einen ausreichend langen Zeitraum angewendet wird. Nach einem Jahr Behandlung beschreibt er einen gefestigten bis leicht verbesserten Zustand mit zufriedenstellender Lebensqualität und setzt die Therapie fort. Hinweis: Es handelt sich um einen individuellen Erfahrungsbericht, nicht um eine kontrollierte Studie; Ergebnisse sind nicht verallgemeinerbar.

Raporty z praktyki

Wie gezielte Unordnung im Training für Ordnung in der Bewegung sorgt

Stochastisches Resonanz-Training: Wie gezielte Unordnung im Training für Ordnung in der Bewegung sorgt. Zufällige Schwingungen wirken auf Muskel- und Nervenzellen ein – von Christian T. Haas, Stephan Turbanski, Dietmar Schmidtbleicher. Dabei werden niederfrequente Vibrationen, meist vier bis acht Hertz, mit zufälligen (stochastischen) Störgrößen überlagert und über zwei Fußplatten auf den Menschen übertragen. Seit über zehn Jahren werden am Institut für Sportwissenschaften die Auswirkungen von Vibrationen auf die Bewegungssteuerung des Menschen erforscht. Das Team um Dr. Christian Haas und Prof. Dietmar Schmidtbleicher fand dabei ein weites Funktionsspektrum mit physiologisch positiven, aber auch negativen Effekten. So können gleichförmige hochfrequente Vibrationen zu Wahrnehmungsstörungen führen oder einen Verlust der Reflextätigkeit bewirken. Andererseits verbessert ein Training mit variablen Vibrationsreizen, so genannten »Stochastischen Resonanzen«, die Koordination. Diese ständig wechselnden Reize trainieren das Zusammenspiel zwischen Sensoren, Gehirn und Muskulatur und bewirken effizientere, an die jeweilige Anforderungssituation angepasste Bewegungsabläufe – sowohl bei Hochleistungsathleten als auch bei Patienten mit Bewegungsstörungen. Prinzip: Das Prinzip der stochastischen Resonanz wurde in den 1980er Jahren vom italienischen Geophysiker Roberto Benzi beschrieben und bezeichnet den Effekt zufälliger Einflüsse auf das Verhalten nichtlinearer Systeme – zu denen auch der Mensch zählt. Die andauernde, nicht vorhersehbare Veränderung der SR-Signale erzeugt beständige geringe Gleichgewichtsstörungen; wiederholt angewendet lernt der Mensch, muskuläre Aktivierungsmuster zur Kompensation zu erzeugen. Bei immer gleichen Reizen (z. B. Sinusschwingungen) bleiben die Rezeptorantworten in Muskulatur, Sehnen, Haut und Gelenken gleich, die Information wird für das Gehirn uninteressant und es wird nur ein enges Aktivierungsmuster trainiert. Stochastische Signale interagieren dagegen mit den ebenfalls stochastischen Funktionsparametern des Nervensystems; daraus resultieren resonanzähnliche Verhaltensweisen, sodass Reizschwellen von Nervenzellen leichter überschritten und bereits geringe Reizintensitäten wahrgenommen und in neuromuskuläre Aktivität umgesetzt werden. Neurophysiologische Grundlagen: Bereits in den 1960er Jahren wurde gezeigt, dass Vibrationsübertragung auf den Muskel-Sehnen-Apparat Reflexantworten auslöst (Tonic Vibration Reflex). So sind muskuläre Aktivitäten auch dann generierbar, wenn willkürliche Aktivierungsschleifen – etwa bei einer Lähmung – geschädigt sind. Anders als elektrische Stimulation, die die Muskelfasermembran direkt depolarisiert, erlaubt die mechanische Reizgebung eine Selektion und Gewichtung sensorischer Signale und damit das Wiedererlernen abgestufter, funktionaler Bewegungsmuster – ein zentrales Ziel der Neurorehabilitation. Zentral ist zudem der Zusammenhang zwischen Bewegungsreizen und dem Überleben von Nervenzellen: Bei ausreichender Aktivität werden neurotrophe Faktoren freigesetzt, die Degeneration und Funktionsverlust entgegenwirken und neue Verknüpfungen von Nervenzellverbänden fördern. Historisch beschrieb bereits Jean Marie Charcot im 19. Jahrhundert eine Symptomlinderung bei Parkinson-Patienten nach Eisenbahnfahrten und entwickelte daraufhin seinen therapeutischen Rüttelstuhl („chaise trepidante“). Evidenz und Anwendungsfelder: Wen Liu und Mitarbeitende (Harvard Medical School, Boston University) zeigten, dass die Wahrnehmungsfähigkeit mechanischer SR-Reize bei älteren Personen, Schlaganfall- und Neuropathie-Patienten gegenüber harmonischen Sinussignalen um 16 bis 34 Prozent erhöht ist. Kanadische Arbeitsgruppen wiesen nach, dass zufällige mechanische Reize Hirnareale deutlich stärker aktivieren, die bei vielen Krankheitsbildern vermindert aktiv sind – etwa präfrontaler Kortex und supplementär-motorische Area. Charles Turner und Kollegen (Indiana University School of Medicine) zeigten tierexperimentell rund vierfach größere Effekte von SR-Reizen auf Knochenwachstumsprozesse gegenüber Sinusreizen, was für Prävention und Rehabilitation der Osteoporose relevant ist. Bei Parkinson-Patienten zeigten Gleichgewichtsmessungen nach SR-Intervention eine signifikant bessere Kontrolle der Vorwärts-Rückwärts-Schwankungen. Trainingsdurchführung: Der Trainierende oder Patient steht auf zwei Fußplatten, die sich mehrdimensional mit einer Grundfrequenz zwischen vier und acht Hertz bewegen und das Gleichgewicht beständig destabilisieren. Um Gewöhnungseffekte zu vermeiden, wird die Grundfrequenz von zufälligen Störfaktoren unterbrochen. Eine übliche Trainingseinheit umfasst rund fünf Serien von je einer Minute. Erfahrungsberichte von Patienten: Ein Parkinson-Patient nach einjährigem täglichem Training berichtete: Sturzneigung vollkommen beseitigt, Verschlucken vollkommen beseitigt, klareres Schriftbild, harmonischere Bewegungen, weniger ausgeprägte Müdigkeit (Tremor unverändert). Eine Patientin mit Multipler Sklerose nach mehrwöchigem Training: leichteres, insbesondere freies Stehen mit deutlich weniger Kraftaufwand und mehr Sicherheit, leichteres, runderes und schnelleres Laufen mit mehr Schubkraft sowie deutlich verringerte Stolper- und Fallrate. Ursprung: Die ersten Erkenntnisse zu SR-Trainingseffekten stammen aus der Hochleistungssportforschung – Athleten wie Hermann Maier, Kati Wilhelm und Ronny Ackermann nutzten das Frankfurter Verfahren im Koordinationstraining. Der Transfer auf Patienten ist möglich, weil nicht ein spezifisches Symptom therapiert, sondern elementare Mechanismen der Bewegungssteuerung angesprochen und optimiert werden.