Άσκηση με Δόνηση: Αξιολογώντας την αποτελεσματικότητα και ασφάλειά της στο μυοσκελετικό σύστημα

Άσκηση με Δόνηση: Αξιολογώντας την αποτελεσματικότητα και την ασφάλειά της στο μυοσκελετικό σύστημα

 

 

   Παρότι παραδοσιακά έχει συνδεθεί με αρνητικές επιπτώσεις στο ανθρώπινο σώμα, παραδόξως, η δόνηση χρησιμοποιείται πρόσφατα για τη θεραπεία συγκεκριμένων ιατρικών καταστάσεων και για να προστατέψει τους αστροναύτες από τις φυσικές επιδράσεις της μακροχρόνιας παραμονής στο διάστημα. Στο παρακάτω άρθρο θα γίνει από τους ειδικούς ανασκόπηση των ευρημάτων στην άσκηση δόνησης και θα εξεταστούν η αποτελεσματικότητα και η καταλληλότητα της ως παρεμβατική άσκηση.

Μετάδοση μηχανικών ταλαντώσεων

   Η δόνηση μπορεί να περιγραφεί ως μια μηχανική ταλάντωση που χαρακτηρίζεται από περιοδική εναλλαγή δύναμης, μετατόπισης και επιτάχυνσης (Rittweger, 2010). Η άσκηση δόνησης (ΑΔ), που συχνά αναφέρεται και ως ολική σωματική δόνηση (ΟΣΔ), μπορεί να ειδωθεί ως δυναμική ταλάντωση όπου η ενέργεια μεταφέρεται σε ένα αντηχείο (δηλαδή στο ανθρώπινο σώμα) από ένα ενεργοποιητή (δηλαδή την πλατφόρμα δόνησης). Αυτές οι πλατφόρμες λειτουργούν είτε ως κάθετη μετατόπιση είτε ως αμφίπλευρη δόνηση με την επιβάρυνση της δόνησης να εξαρτάται από τρεις κύριες παραμέτρους: 1) συχνότητα, αριθμό των κύκλων της ταλάντωσης (Hz), 2) το εύρος, την μετατόπιση της κίνησης ταλάντωσης από ένα σημείο ισορροπίας (mm) και 3) την επιτάχυνση (m.s-2), που προσδιορίζει το μέγεθος (Hawkey, 2012).
 

   Η πλειοψηφία των πλατφορμών δόνησης λειτουργούν σε συχνότητα έως ~60 Hz, η απόσταση που διανύει η επιφάνεια της πλατφόρμας από την μία κορυφή στην άλλη (peak-to-peak amplitude) είναι έως ~12 mm και η μέγιστη επιτάχυνση έως ~18 g (όπου 1 g = 9.81 m.s-2). Ενώ οι περισσότερες πλατφόρμες είναι ικανές να παράγουν υψηλά φορτία, μία συσκευή χαμηλής έντασης δόνησης (ΧΕΔ) έχει σχεδιαστεί ειδικά να βλάπτει την ευαισθησία του μυοσκελετικού συστήματος στα μηχανικά σήματα χωρίς να το εκθέτει όμως στο κίνδυνο των υψηλών φορτίων ή να επιδεινώνει μία ανώμαλη αντίδραση στη δόνηση, μία γνωστή παθογένεια σε οργανισμούς που διαθέτουν φυσιολογικά συστήματα (Muir et al., 2013). Οι μηχανισμοί με τους οποίους η έκθεση στη δόνηση μπορεί να επηρεάσει το μυοσκελετικό και άλλα συστήματα του σώματος παραμένει ένα θέμα διαξιφισμού. Μερικοί υποστηρίζουν την ύπαρξη ενεργοποίησης νευρομυϊκών μονοπατιών και μυϊκών ατράκτων, αύξηση της θερμοκρασίας του μυός και έκκριση ορμονών. Άλλοι προτείνουν ότι υπάρχουν πιο άμεσες επιδράσεις στα κύτταρα παρά δευτερεύουσες, με τα κύτταρα να αντιδρούν σε ό,τι ερμηνεύουν ως μηχανικά σήματα κάτι που επηρεάζει άμεσα τα βλαστικά κύτταρα για παράδειγμα. 

Αποτροπή του μυοσκελετικού εκφυλισμού 

   Η απώλεια μυϊκής μάζας, δύναμης και ισχύος, η απώλεια οστικής μάζας και δύναμης και η απώλεια της σκληρότητας του τένοντα όλα μπορούν να συμπεριληφθούν επιγραμματικά κάτω από την ομπρέλα του μυοσκελετικού εκφυλισμού (ΜΕ). Ο ΜΕ παρατηρείται συχνά σε ηλικιωμένα άτομα καθώς και σε αστροναύτες όταν επιστρέφουν από τις διαστημικές αποστολές (Hawkey, 2003). Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, οι διαστημικές αποστολές παγκοσμίως έχουν χρηματοδοτήσει έρευνες παραμονής σε κρεβάτι (bed-rest) όπως ονομάζονται (χρησιμοποιώντας νέους συμμετέχοντες) για την ανάπτυξη ασκήσεων ως αντίμετρο στον ΜΕ που προκαλούν οι διαστημικές πτήσεις. Τα ευρήματα που είναι διαθέσιμα από αυτές τις έρευνες αποδεικνύουν ότι είναι δυνατόν να αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά η ΜΕ με κατάλληλες ασκήσεις που πραγματοποιούνται κατά την παραμονή στο κρεβάτι αρκεί αυτές να περιλαμβάνουν ισχυρές μυϊκές συστολές (για παράδειγμα άσκηση με αντιστάσεις) και να πραγματοποιούνται σε καθημερινή βάση (Rittweger et al., 2010; Buehring et al., 2011). Ο συνδυασμός με ΟΣΔ (αμφίπλευρα, 19-30 Hz) βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα στα οστά (Belavy et al., 2011), αλλά όχι και τόσο στους μύες.

   Χωρίς πρόσθετη επιβάρυνση η ΟΣΔ έχει από καθόλου έως ελάχιστη αποτελεσματικότητα απέναντι στο ΜΕ κατά την κατάκλιση σε κρεβάτι (Zange et al., 2008). Στον γηριατρικό πληθυσμό δεν υπάρχουν πολλά ερευνητικά ευρήματα που να υποστηρίζουν τη χρήση ΟΣΔ για την αντιμετώπιση του ΜΕ και οι βελτιώσεις αφορούν την μυϊκή ισχύ των κάτω άκρων, την ταχύτητα βάδισης και την ικανότητα ανύψωσης από καρέκλα (Bautmans et al., 2005; Hawkey et al., 2016). Επιπροσθέτως, η ΟΣΔ μειώνει την ταλάντευση του σώματος και βελτιώνει την ισορροπία τόσο σε νέους όσο και σε ηλικιωμένους. Αθροιστικά αυτές οι επιδράσεις αναμένεται να μειώσουν τις πιθανότητες πτώσεων και καταγμάτων, παρότι αυτό θα πρέπει να αποδειχτεί και σε μεγάλες τυχαιοποιημένες ελεγχόμενες έρευνες. 

Δόνηση χαμηλής έντασης 

   Η άσκηση θεωρείται ίσως η μοναδική παρέμβαση που έχει αναγνωριστεί ως περιοριστικός παράγοντας σε ασθένειες όπως η οστεοπόρωση, η σαρκοπενία, ο διαβήτης και η παχυσαρκία, όμως ο τρόπος με τον οποίο τα μηχανικά σήματα περιορίζουν αυτές τις παθογεννέσεις παραμένουν άγνωστα. Μικρές (<20 λεπτά) ημερήσιες περίοδοι υψηλής συχνότητας (30-90 Hz) και χαμηλής έντασης δόνηση ( < 1g) λειτουργούν αναβολικά τόσο στα οστά όσο και στους μύες (Rubin et al., 2001; Xie et al., 2008) και λειτουργούν με ασφαλή τρόπο ως υποκατάστατο του φάσματος μηχανικών σημάτων χαμηλής έντασης που προέρχονται από τη μυϊκή δραστηριότητα και που εκφυλίζονται με τη γήρανση και την ακινησία. Η έκθεση σε ΧΕΔ παράγει τάση στα μακρά οστά ίση με < 10 microstrain (0.001% strain), που είναι τουλάχιστον δύο κάτω από την τάση που παράγεται από τη στήριξη του βάρους του σώματος κατά τη βάδιση. 
   Επομένως η ΧΕΔ θεωρείται ασφαλής από τους οδηγούς ISO για τα επίπεδα ανθρώπινης αντοχής για έως 4 ώρες ημερησίως. Κλινικά η ΧΕΔ έχει αποδειχθεί ότι παρέχει κάποια προστασία στο μυοσκελετικό σύστημα ακόμα και σε περιπτώσεις όπως η εμμηνόπαυση, η χρόνια κατάκλιση, το σύνδρομο, Crohn’s, η ιδιοπαθής σκολίωση, η μυϊκή δυστροφία Duchenne, ο παιδικός καρκίνος και παιδιά με αναπηρίες όπως η εγκεφαλική παράλυση και σε νεαρές γυναίκες με οστεοπόρωση. Επίσης απροσδόκητα ευρήματα σε παχύσαρκα ποντίκια περιλαμβάνουν μείωση στο υποδόριο, σπλαχνικό και λίπος του μυελού (Luu et al., 2009). Η εκπληκτική αντίδραση αυτών των ιστών (οστά και μύες, ↓λίπος) στη ΧΕΔ υποδηλώνει ότι αυτά τα σήματα επηρεάζουν το μονοπάτι διαφοροποίησης των αρχέγονων μεσεγχυματικών βλαστικών κύτταρων (Uzer et al., 2015). Μεταφερόμενο στον άνθρωπο, αυτό θα βοηθούσε στο να εξηγήσει γιατί ο καθιστικός τρόπος ζωής είναι επιρρεπής τόσο στην οστεοπόρωση και την παχυσαρκία, δύο φαινομενικά διαφορετικές ασθένειες και θα μπορούσε να υποθέσει ότι η ΧΕΔ μειώνει την λιπογέννεση και δυναμώνει το μυοσκελετικό σύστημα τόσο προσδιορίζοντας την μοίρα των αρχέγονων μεσεγχυματικών βλαστικών κύτταρων όσο και επηρεάζοντας τον πληθυσμό των κυττάρων στο οστό, το μυ ή το λίπος (Chan et al., 2013).

Συμπερασματικά σχόλια

  Η δόνηση έχει χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά ως αντίμετρο στον εκφυλισμό του μυοσκελετικού συστήματος, στην μείωση των επιπτώσεων της γήρανσης στην απόδοση και στην θεραπεία διαφόρων παθολογικών καταστάσεων. Παρότι αυτό έχει πυροδοτήσει το ενδιαφέρον των επιστημονικών και ιατρικών κοινοτήτων, συνεχίζουν να υπάρχουν ανησυχίες σχετικά με την αποτελεσματικότητα και ασφάλεια της έκθεσης στην δόνηση. Παρατηρώντας ανάμεσα στις επιδράσεις της κάθετης μετατόπισης και της αμφίπλευρης δόνησης και ερμηνεύοντας πλήρως την πρόοδο που έχει επιτευχθεί με την ΧΕΔ θα πρέπει να είμαστε κριτικοί στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα βιολογικά συστήματα αντιδρούν στα διαφορετικά σήματα δόνησης. Η τυποποίηση των παραμέτρων θα συμβάλλει στην ασφαλή εφαρμογή και στην επέκταση των ερευνητικών τεχνικών και παραμέτρων παρέμβασης.

Βιβλιογραφία

• Bautmans, I. et al. (2005). The feasibility of Whole Body Vibration in institutionalized elderly persons and its influence on muscle performance, balance and mobility: a randomised controlled trial [ISRCTN62535013]. BMC Geriatrics, 5, 17.

• Belavy, D.L. et al. (2011). Evidence for an additional effect of whole-body vibration above resistive exercise alone in preventing bone loss during prolonged bed rest. Osteoporosis International. 22(5), 1581-1591.

• Buehring, B. et al. (2011). Changes in lower extremity muscle function after 56 days of bed rest. Journal of Applied Physiology, 111(1), 87-94.

• Chan, M.E., Uzer, G. & Rubin, C.T. (2013). The Potential Benefits and Inherent Risks of Vibration as a Non-Drug Therapy for the Prevention and Treatment of Osteoporosis. Current Osteoporosis Reports, 11(1), 36-44.

• Hawkey, A. et al. (2016). Whole body vibration training and its implications to age-related performance decrements: an exploratory analysis. Journal of Strength and Conditioning Research, 30(2), 555-560.

• Hawkey, A. (2012). Quantification, clarification and standardisation of whole body vibration. Journal of Sports Therapy, 5(1).

• Hawkey, A. (2003). The physical price of a ticket into space. Journal of the British Interplanetary Society, 56, 152-159.

• Luu, Y.K. et al. (2009). Mechanical stimulation of mesenchymal stem cell proliferation and differentiation promotes osteogenesis while preventing dietary-induced obesity. Journal of Bone and Mineral Research. 24, 50-61.

• Muir, J., Kiel, D.P. & Rubin, C.T. (2013). Safety and severity of accelerations delivered from whole body vibration exercise devices to standing adults. Journal of Science and Medicine in Sport, 16(6), 526-531.

• Rittweger J. (2010). Vibration as an exercise modality: How it may work, and what its potential might be. European Journal of Applied Physiology, 108(5), 877-904.

• Rittweger, J. et al. (2010). Prevention of bone loss during 56 days of strict bed rest by side-alternating resistive vibration exercise. Bone, 46, 137-47.

• Rubin, C. et al. (2001). Anabolism: Low mechanical signals strengthen long bones. Nature, 412, 603-604.

• Uzer, G. et al. (2015). Cell Mechanosensitivity to Extremely Low-Magnitude Signals Is Enabled by a LINCed Nucleus. Stem Cells, 33, 2063-2076.

• Xie, L.Q., Rubin, C. & Judex, S. (2008). Enhancement of the adolescent murine musculoskeletal system using low-level mechanical vibrations. Journal of Applied Physiology 104, 1056-1062.

• Zange, J. et al. (2008). 20-Hz whole body vibration training fails to counteract the decrease in leg muscle volume caused by 14 days of 6 degrees head down tilt bed rest. European Journal of Applied Physiology, 105(2), 271-277.

Τίτλος Πρωτότυπου:
 

Vibration exercise: evaluating its efficacy and safety on the musculoskeletal system. 
“First published in The Sport and Exercise Scientist, Issue 50, Winter 2016.

Published by the British Association of Sport and Exercise Sciences - www.bases.org

Πηγή: Science Technologies Newsletter 81 - Δεκέμβριος 2016