Dosis-Wirkungs-Beziehungen beim Krafttraining im Alter

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MUSKULATUR – DIE ROLLE DER ERNÄHRUNG
Dosis-Wirkungs-Beziehungen beim Krafttraining im Alter

URS GRANACHER*, RON BORDE*

Urs Granacher Ron Borde

Das Altern kann als zeitbedingte Modifikation von Struktur und Funktion definiert werden. Strukturelle Veränderungen (z.B. Muskelatrophie, Verlust von Motoneuronen) im neuromuskulären System zeichnen sich insbesondere ab dem 60. Lebensjahr ab. Diese führen zu Funktionseinschränkungen der Kraft, des Gleichgewichts sowie der Mobilität und bedingen damit eine erhöhte Sturzprävalenz. Vor dem Hintergrund des demografischen Wandels zu einer immer älter werdenden Gesellschaft sind effektive Interventionsmassnahmen notwendig, die den altersbedingten Modifikationen von Struktur und Funktion entgegenwirken. In der Vergangenheit wurde insbesondere Krafttraining als Massnahme zur Verbesserung der Kraft, zum Muskelaufbau sowie zur Prävention und Therapie von Gleichgewichtsdefiziten und Mobilitätseinschränkungen eingesetzt. Die vorliegende narrative Literaturübersicht beschreibt die Effekte unterschiedlicher Krafttrainingsmethoden (z.B. Maximalkraft, Schnellkraft) auf Messgrössen der Kraft, des Muskelquerschnitts, des Gleichgewichts und der Mobilität und leitet daraus Dosis-Wirkungs-Beziehungen für die Trainingspraxis ab. Die Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln (Molkeproteine, Vitamin D) während der Durchführung von Krafttraining wird diskutiert.

Während der letzten drei Jahrzehnte konnte in den westlichen Industrienationen ein demografischer Wandel hin zu einer immer älter werdenden Gesellschaft festgestellt werden. In Europa weisen Deutschland, Italien und Griechenland mit 20,6, 20,3 und 19,3 Prozent den grössten Anteil der über 65-Jährigen an der Gesamtbevölkerung des jeweiligen Landes auf (1). In der Schweiz ist eine ähnliche Tendenz feststellbar: Im Jahr 2010 betrug der Anteil der über 65-Jährigen an der Gesamtbevölkerung 16,9 Prozent. Berechnungen des Schweizerischen Bundesamts für Statistik besagen, dass im Jahr 2060 28 Prozent der Bevölkerung 65 Jahre und älter sein werden (2). Die Überalte-
*Universität Potsdam, Humanwissenschaftliche Fakultät, Exzellenzbereich Kognitionswissenschaften, Lehrstuhl für Trainings- und Bewegungswissenschaft.

rung der Gesellschaft stellt eine grosse Herausforderung für die Zukunftsfähigkeit des Gesundheitssystems dar, da die Pro-Kopf-Ausgaben für die medizinische Behandlung älterer Menschen deutlich höher liegen als für Menschen jungen und mittleren Erwachsenenalters (3). Ein bedeutsamer Grund für die ansteigenden finanziellen Belastungen des Gesundheitssystems sind altersbedingte strukturelle Veränderungen im neuromuskulären System, die funktionelle Modifikationen im Sinne von Kraft- und Gleichgewichtsdefiziten sowie Mobilitätseinschränkungen bewirken und damit eine erhöhte Sturzrate verursachen (4, 5). Aus einer epidemiologischen Analyse von Stürzen bei Betagten in Zürich und Genf geht hervor, dass 23,8 Prozent der 65- bis 74-Jährigen einmal pro Jahr stürzen, wobei die Sturzrate bei den Frau-

en (27,7%) höher lag als bei den Männern (18,3%) (6). In der Gruppe der 75- bis 84Jährigen (Frauen 32,5%, Männer 24,8%) stürzten 29,9 Prozent, bei den über 85Jährigen (Frauen 36,5%, Männer 38,5%) lag die Sturzrate bei 37,0 Prozent. Rubenstein und Josephson (7) berichten, dass 6 Prozent aller Stürze bei selbstständig lebenden älteren Personen (≥ 60 Jahre) zu Frakturen führen. Oberschenkelhalsfrakturen treten bei zu Hause lebenden älteren Personen in 1 bis 2 Prozent und bei Pflegeheimbewohnern in 12 Prozent aller Ereignisse auf (8, 9). Die Ätiologie von Stürzen ist vielfältig und reicht von extrinsischen (umweltbezogenen) zu intrinsischen (personenbezogenen) Faktoren. In einem systematischen Literaturüberblick fassten Rubenstein und Josephson (7) die wichtigsten Sturzrisikofaktoren aus zwölf epidemiologischen Studien zusammen.

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Abbildung 1: Modellhafte Darstellung zum Zusammenhang von Trainingsintensität (% des Einer-Wiederholungs-Maximums) und dem zu erwartenden Ausmass an muskulärer Hypertrophie (in Anlehnung an Fry [37]).

Abbildung 2: Dosis-Wirkungs-Beziehungen von Krafttraining im Alter. EWM = Einer-Wiederholungs-Maximum; *unzureichende Studienlage und damit geringe Evidenz der Dosis-Wirkungs-Beziehung.

Der Analyse ist zu entnehmen, dass die intrinsischen Sturzrisikofaktoren (Gangunsicherheiten, Gleichgewichtsdefizite, nachlassende Muskelkraft) bereits an zweiter Stelle nach den umweltbezogenen Faktoren (z.B. schlechte Lichtverhältnisse, rutschige Oberflächen etc.) genannt werden. Sowohl Gangunsicherheiten als auch Gleichgewichtsdefizite erhöhen das Sturzrisiko um jeweils das Dreifache, die nachlassende Muskelkraft sogar um das Vierfache (7). Aus unterschiedlichen Studien geht hervor, dass sich die Maximalkraft (höchster willkürlich erzielter Kraftwert) zwischen dem 30. und 80. Lebensjahr in Abhängigkeit verschiedener methodischer Faktoren (z.B. Alter, Trainingszustand, angewandtes Messverfahren etc.) um 20 bis 40 Prozent reduziert (5). Von diesem altersbedingten Kraftrückgang (Dynapenie) scheint insbesondere die proximal (Knieextensoren) und distal gelegene (Plantarflexoren) Muskulatur der unteren Extremitäten betroffen zu sein (10). Für den Kraftverlust im Alter ist vor allem die altersbedingte Verringerung der Muskelmasse, die auch als Sarkopenie bezeichnet wird, verantwortlich (11). Die Sarkopenie wird durch (a) eine Reduktion des Querschnitts einzelner Muskelfasern (einfache Atrophie); (b) eine numerische Verringerung der Anzahl von Muskelfasern (numerische Atrophie); (c) eine Kombina-

tion aus einfacher und numerischer Atrophie und (d) Veränderungen der Muskelarchitektur verursacht (5). Da die Dynapenie um das 2- bis 5-Fache schneller voranschreitet als die Sarkopenie, sind neben der Sarkopenie weitere (neuronale) Faktoren (z.B. Verlust an Motoneuronen) für den Kraftrückgang im Alter verantwortlich (12). Interessanterweise konnten Manini und Clark (13) in einer aktuellen Metaanalyse zeigen, dass die Dynapenie stärker mit altersbedingten Mobilitätseinschränkungen assoziiert ist als die Sarkopenie. In einer Studie zur funktionellen Bedeutung der Dynapenie untersuchten Bean und Kollegen (14), ob bei selbstständig lebenden älteren Personen (65–83 Jahre) die Maximalkraft oder die muskuläre Leistung (Produkt aus Kraft x Geschwindigkeit) stärker mit Variablen der funktionellen Mobilität (z.B. habituelle, maximale Gehgeschwindigkeit, Zeit, zehn Treppenstufen zu bewältigen etc.) assoziiert ist. Im Ergebnis zeigte sich, dass die muskuläre Leistung der Beinstrecker im Mittel eine höhere Varianzaufklärung hinsichtlich der funktionellen Mobilität erzielte (muskuläre Leistung 23%; Maximalkraft 19%) als die Maximalkraft. Weiterhin konnte in einer longitudinalen Studie festgestellt werden (15), dass die muskuläre Leistung bei selbstständig lebenden Personen einen signifikanten Prädiktor für Mobilitätseinschränkungen

im Alter (≥ 70 Jahre) darstellt. Vor diesem Hintergrund könnte das gezielte Training der Maximalkraft und insbesondere der muskulären Leistung im Alter zu bedeutsamen Kraftzuwachsraten und Mobilitätsverbesserungen führen. In der Vergangenheit wurden viele Studien durchgeführt, die die Wirkungen unterschiedlicher Krafttrainingsmethoden im Alter auf die Kraft und den Muskelquerschnitt eindrücklich belegten (16, 17). Weitestgehend ungeklärt sind jedoch Dosis-Wirkungs-Beziehungen hinsichtlich der spezifischen Trainingsziele (z.B. Kraftzuwachs, Muskelaufbau, Verbesserung der Mobilität etc.), die durch Krafttraining im Alter angesteuert werden sollen. Vor diesem Hintergrund besteht das Ziel der vorliegenden narrativen Literaturübersicht darin, anhand ausgewählter Originalarbeiten, systematischer Reviews und Metaanalysen die Wirkungen unterschiedlicher Krafttrainingsmethoden (z.B. Maximalkraft, Schnellkraft) im Alter auf Variablen der Kraft, des Muskelquerschnitts, des Gleichgewichts und der Mobilität darzustellen. Die Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln (Molkeproteine, Vitamin D) während der Durchführung des Krafttrainings wird diskutiert. Evidenzbasierte Dosis-Wirkungs-Beziehungen beim Krafttraining im Alter werden präsentiert, um daraus konkrete Hin-

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weise für die Trainingspraxis ableiten zu können.
Krafttraining im Alter
Die effektive Durchführung eines Krafttrainings erfordert zunächst die Festlegung des Trainingsziels (z.B. Muskelwachstum [Hypertrophie]). Um dieses bestmöglich ansteuern zu können, werden geeignete Trainingsinhalte ausgewählt (z.B. Übungen an Kraftmaschinen für die Muskulatur der unteren Extremitäten). Neben den Trainingsinhalten sind für die zielorientierte Steuerung des Krafttrainings Angaben zu den Belastungsnormativen (z.B. Trainingsintensität, -dauer, -häufigkeit), also zur Dosis des Trainings, notwendig. Dadurch kann ein Krafttraining effektiv im Sinne einer biologischen (z.B. Hypertrophie) oder verhaltensorientierten (z.B. Mobilitätsverbesserung) Anpassungswirkung gestaltet werden. Im geriatrischen Kontext wird Krafttraining primär zur Bekämpfung der Dynapenie (18) und der Sarkopenie (16) eingesetzt sowie zur Prävention und Therapie altersbedingter Einschränkungen des Gleichgewichts (19) und der Mobilität (20).
Krafttraining als Mittel gegen die Dynapenie
In einer kürzlich durchgeführten Metaanalyse wurden Dosis-Wirkungs-Beziehungen beim Krafttraining mit älteren Personen (≥ 55 Jahre) anhand von 15 randomisierten und kontrollierten Studien überprüft (21). Insbesondere sollte der Einfluss der dosisbestimmenden Variablen wie Trainingsdauer (Wochen), Trainingshäufigkeit (Trainingseinheiten pro Woche), Trainingsintensität (% des EinerWiederholungs-Maximums [EWM]) auf Messgrössen der Kraft herausgearbeitet werden. Das EWM entspricht der höchsten Last, die unter definierten Arbeitsbedingungen einmal gehoben werden kann. In allen Studien wurden die Knieextensoren trainiert und zur Überprüfung der Trainingseffekte EWM-Tests eingesetzt. Im Ergebnis der Literaturanalyse zeigte sich, dass Krafttraining signifikante Kraftzuwachsraten der Kniestrecker bewirkt. Allerdings konnte nur für die Variable «Trainingsdauer» ein bedeutsamer

Einfluss hinsichtlich der Kraftverbesserungen festgestellt werden. Studien mit einer Trainingsdauer von 8 bis 18 Wochen zeigten dabei kleinere Effekte als Studien mit einer Trainingsdauer von 24 bis 52 Wochen (21). Da bei den 15 einbezogenen Studien nur geringe Unterschiede hinsichtlich der Belastungsnormativen Trainingshäufigkeit (12 Studien 3 x/Woche; 3 Studien < 3 x/Woche) und Trainingsintensität (11 Studien > 70% des EWM, 4 Studien < 70% des EWM) gefunden wurden, konnte der Einfluss dieser wichtigen Variablen auf die Kraftzuwachsraten nicht herausgearbeitet werden. Aus einer Originalarbeit geht jedoch hervor (22), dass bei körperlich aktiven Frauen im Alter von über 60 Jahren ein 16-wöchiges Krafttraining bei 60 bis 80 Prozent des EWM dann zu signifikant grösseren Kraftzuwachsraten in den Muskeln der unteren und oberen Extremitäten führte, wenn 3 Trainingseinheiten pro Woche im Vergleich zu 2 oder nur 1 Einheit durchgeführt wurden. Neben den Belastungsnormativen Trainingsdauer und -häufigkeit scheint insbesondere auch die Trainingsintensität das Ausmass des Kraftzuwachses zu beeinflussen. In einem narrativen Literaturüberblick wurde darauf hingewiesen (11), dass Methoden mit mittleren Krafteinsätzen (>30% und < 60% des EWM) zu keinen oder nur geringen Kraftsteigerungen führen, wohingegen Krafttraining mit submaximalen Krafteinsätzen (70–80% des EWM) Kraftzuwachsraten bis zu 220 Prozent bewirkte. Die Ergebnisse dieses Beitrages wurden in einer Metaanalyse von Steib und Kollegen bestätigt (23). Die Autoren untersuchten den Einfluss der Trainingsintensität auf die Effekte von progressiv gestaltetem Krafttraining im Alter (≥ 65 Jahre) auf Messgrössen der Kraft. Die 29 randomisierten und kontrollierten Studien wurden in drei Kategorien eingeteilt: Krafttraining mit hohen (>75% des EWM), mittleren (55–75% des EWM) und niedrigen (< 55% des EWM) Intensitäten. Im Ergebnis konnte ermittelt werden, dass hochintensives Krafttraining grössere Effekte erzielte als Krafttraining mit mittleren und niedrigen Intensitäten. Zusätzlich zu den beschriebenen Belas- tungsnormativen könnte auch die Satzzahl pro Kraftübung für das Ausmass des Kraftgewinns bedeutsam sein (23). In diesem Zusammenhang untersuchten Galvao und Kollegen (24) bei 65- bis 78-jährigen selbstständig lebenden Personen die Effektivität von Einsatz- im Vergleich zu Mehrsatztraining nach einem 20-wöchigen hochintensiven Krafttraining (80% des EWM) für Muskeln der unteren und oberen Extremitäten. Nach dem Training konnten sowohl für das Einsatz- als auch das Mehrsatztraining signifikante Kraftzuwachsraten in EWM-Tests für die unteren und oberen Extremitäten beobachtet werden, wobei das Dreisatztraining signifikant grössere Verbesserungen bewirkte als das Einsatztraining (24). Tabelle 1 ist eine Übersicht von Studien zur Wirkung von Krafttraining im Alter auf verschiedene Messgrössen der Kraft zu entnehmen. Als Fazit kann festgehalten werden, dass lang andauerndes (24–52 Wochen) Mehrsatzkrafttraining (3 Sätze) mit hoher Trainingshäufigkeit (3 x/Woche) und -intensität (> 75% des EWM) am besten geeignet ist, um der Dynapenie entgegenzuwirken.
Krafttraining als Mittel
gegen die Sarkopenie
Um Krafttraining gezielt als Mittel gegen die Sarkopenie einsetzen zu können, muss zunächst die zeitliche Abfolge der Anpassungsmechanismen an Krafttraining geklärt werden. Während der ersten Phase eines Krafttrainings (Trainingswochen 1 und 2) lassen sich bereits signifikante Verbesserungen in Tests zur Erfassung des EWM feststellen, die in erster Linie auf motorische Lernprozesse zurückzuführen sind (25). Während der zweiten Trainingsphase (Trainingswochen 3 und 4) zeigen sich signifikante Kraftzuwachsraten (z.B. Explosivkraft), die vor allem durch neuronale Anpassungsprozesse ausgelöst werden. Diese umfassen eine optimierte neuronale Ansteuerung des Agonisten durch verbesserte Rekrutierungs- und Frequenzierungsmuster motorischer Einheiten sowie eine erhöhte Koaktivierung synergistischer Muskeln und eine reduzierte Koaktivität antagonistischer Muskeln (26). Die dritte

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Trainingsphase (≥ 6. Trainingswoche) ist geprägt durch einen signifikanten Zuwachs der Maximalkraft, der durch muskuläre Anpassungsprozesse (Hypertrophie) ausgelöst wird (25). In zahlreichen Studien zur Wirkung von Krafttraining im Alter auf das Muskelwachstum konnten unter Verwendung verschiedener nicht invasiver Untersuchungsverfahren (z.B. Ultraschall, Computertomografie, Magnetresonanztomografie) trainingsbedingte Muskelquerschnittsvergrösserungen festgestellt werden (17, 27, 28). So wurden beispielsweise nach einem zwölfwöchigen hoch intensiven Krafttraining für die Beinstrecker eine um bis zu 10 Prozent grössere Querschnittsfläche des M. quadriceps bei Männern und Frauen mittleren (43–57 Jahre) und höheren Alters (64–73 Jahre) ermittelt (29). In einer weiteren Studie konnte bei gesunden Männern und Frauen im Alter von 65 bis 75 Jahren bereits nach einem neunwöchigen hochintensiven Krafttraining (85% des EWM) für die Beinstrecker eine signifikante Querschnittsvergrösserung des M. quadriceps von 12 Prozent festgestellt werden (30). Bioptischen Analysen ist zu entnehmen, dass die Fasertypen I, IIa und IIb auf Krafttrainingsreize mit Querschnittsvergrösserung reagieren (31, 32). Dabei scheint sich jedoch die prozentuale Fasertypenverteilung nicht zu verändern (33). Interessant ist die Frage, ob ältere Personen im Vergleich zu jüngeren über eine ähnlich ausgeprägte Plastizität der Skelettmuskulatur verfügen, oder ob Alterseffekte die Plastizität limitieren. In diesem Zusammenhang untersuchten Roth et al. (34) die Wirkungen eines sechsmonatigen hochintensiven (85% des EWM) und 3-mal pro Woche durchgeführten Krafttrainings mit jungen (20–30 Jahre) und älteren (65–75 Jahre) Männern und Frauen auf die Querschnittsfläche des M. quadriceps. Unabhängig von Alter und Geschlecht zeigten sich nach dem Training signifikante Querschnittsvergrösserungen, die im Bereich von 4,1 bis 8,1 Prozent lagen. In einer weiteren Studie konnten ebenfalls keine Unterschiede zwischen jungen (mittleres Alter 29 Jahre) und älteren (mittleres Alter 61 Jahre) Männern

hinsichtlich des trainingsbedingten Muskelwachstums im M. quadriceps festgestellt werden (32). Das Krafttraining wurde in dieser Studie über 10 Wochen mit einer Trainingshäufigkeit von 3-mal pro Woche und einer Intensität von 70 bis 80 Prozent des EWM durchgeführt. Die geschilderten Resultate implizieren, dass Hypertrophie bei geeigneter Reizsetzung in jedem Alter induziert werden kann. Für das Krafttraining im Alter mit der Zielstellung Hypertrophie fehlen derzeit literaturbasierte Angaben zu Dosis-Wirkungs-Beziehungen, weshalb auf eine Metaanalyse (35) zurückgegriffen wird, die Studien mit gesunden Erwachsenen im Alter von 18 bis 59 Jahren analysierte. Da muskuläre Anpassungen an Krafttraining auch in höchstem Alter stattfinden können und kein Unterschied zu jungen Personen zu erwarten ist (32, 34), dürften die Resultate der vorliegenden Metaanalyse (35) auf die geriatrische Population übertragbar sein. Anhand von 44 Originalarbeiten untersuchten Wernbom et al. (35) den Einfluss der dosisbestimmenden Variablen Trainingshäufigkeit, -dauer, -intensität und Anzahl der Sätze pro Trainingsübung auf die Querschnittsfläche des M. quadriceps. Im Ergebnis zeigte sich, dass sowohl Studien mit 2 als auch 3 Trainingseinheiten pro Woche die Querschnittsfläche des M. quadriceps pro Trainingstag im Mittel um 0,11 Prozent vergrösserten. Hinsichtlich der Trainingsdauer ergab die Literaturanalyse, dass in Studien mit längeren Trainingsperioden grössere Zuwächse erzielt wurden als in Studien mit kurzen Trainingsperioden. So konnte beispielsweise das grösste Muskelwachstum (34%) in der längsten Studie (20 Wochen) verzeichnet werden (36). Weiterhin berichten die Autoren (35), dass Trainingsprotokolle mit 4 bis 6 Sätzen pro Trainingsübung eine mittlere Zuwachsrate pro Trainingstag von 0,13 Prozent erzielten, wohingegen Protokolle mit weniger als 4 und mehr als 6 Sätzen ein geringeres Muskelwachstum verzeichneten (jeweils 0,09% pro Trainingstag). Schliesslich konnte festgestellt werden, dass Studien mit Trainingsintensitäten von 70 bis 85 Prozent des EWM das höchste Muskel-

wachstum im M. quadriceps hervorriefen (35). Dieses Resultat stimmt insofern mit den Ergebnissen einer früheren Metaanalyse überein, als Fry (37) einen Intensitätsbereich von 80 bis 95 Prozent des EWM zur optimalen Auslösung von Hypertrophie angibt (Abbildung 1). In Tabelle 1 werden Studien zur Wirkung von Krafttraining im Alter auf Variablen des Muskelwachstums aufgeführt. Als Fazit bleibt festzuhalten, dass lang andauerndes (20 Wochen) Mehrsatzkrafttraining (4–6 Sätze) mit hoher Trainingshäufigkeit (2–3 x/Woche) und -intensität (70–95% des EWM) am besten geeignet zu sein scheint, um der Sarkopenie entgegenzuwirken.
Supplementiertes Krafttraining
als Mittel gegen Dynapenie und
Sarkopenie
Um Dynapenie und Sarkopenie bestmöglich zu bekämpfen, könnte die zusätzliche Gabe von Nahrungsergänzungsmitteln vor, während oder nach dem Maximalkrafttraining (70–95% des EWM) einen additiven Effekt hinsichtlich des Kraftzuwachses und vor allem des Muskelwachstums erzielen. Aktuellen Metaanalysen, Übersichtsbeiträgen und Originalarbeiten ist zu entnehmen (38–40), dass Kraftzuwächse und Muskelquerschnittsvergrösserungen insbesondere durch die Gabe von Molkeproteinen und VitaminD-Präparaten induziert werden können. Molkeproteine sind deshalb zu bevorzugen, weil sie einen hohen Leucinanteil aufweisen und damit im Vergleich zu Kasein oder Sojaproteinen eine schnellere Verarbeitung, Absorption und Muskelproteinsynthese ermöglichen (41). Weiterhin fördert die Einnahme von Vitamin D sowohl den Kalziumeinstrom in die Muskelfasern als auch die Proteinsynthese. Dies scheint die Ursache für einen Zuwachs an Muskelkraft und ein verbessertes Gleichgewicht zu sein, was letztlich mit einer Reduktion der Sturzrate einhergeht (42). Vor diesem Hintergrund werden im folgenden Abschnitt in erster Linie die Wirkungen von Krafttraining im Alter im Zusammenhang mit diesen Nahrungsergänzungsmitteln beschrieben. In einer aktuellen Metaanalyse unter-

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suchten Cermak et al. (38) die Wirkungen von Krafttraining in Kombination mit Nahrungsergänzungsmitteln (Proteine) im Vergleich zu Krafttraining mit Plazebopräparaten (Kohlenhydrate) auf Variablen der Kraft (z.B. EWM) und der Muskelmasse (z.B. fettfreie Masse, Muskelfaserquerschnittsvergrösserung) bei gesunden jungen (< 50 Jahre) und älteren Erwachsenen (> 50 Jahre). In die Analyse wurden randomisierte, kontrollierte Studien inkludiert, die Krafttraining über einen Zeitraum von 6 bis 24 Wochen (im Mittel 12) mit 2 bis 5 (im Mittel 3) Trainingseinheiten pro Woche durchführten. Durchschnittlich wurden 42 g Proteine (z.B. Molke, Casein) pro Tag (mindestens 1,2 g/kg/Tag) vor, während oder nach dem Training über die Nahrung oder durch Supplemente zugeführt. Im Vergleich zu den Gruppen, die zum Krafttraining Plazebopräparate (z.B. Kohlenhydrate, Wasser usw.) einnahmen, führte Krafttraining mit Proteinsupplementen sowohl bei den jungen als auch bei den älteren Probanden zu signifikant höheren Zuwachsraten im EWM (Beinpresse) und bei der fettfreien Masse. Das EWM nahm bei den jüngeren und älteren Probanden um 20 respektive 33 Prozent zu, die fettfreie Masse erhöhte sich bei den jungen (0,81 kg) und den älteren Probanden (0,48 kg) signifikant. Es konnte kein Alterseffekt festgestellt werden. Hinsichtlich der Muskelfaserquerschnittsvergrösserung (Typ-Iund -II-Fasern) wurden nur bei den jungen Vergleichsgruppen signifikante Zuwächse (Typ I [45%] und Typ II [54%]) nach Krafttraining mit Nahrungsergänzung im Vergleich zu den plazebokontrollierten Krafttrainingsgruppen festgestellt. Die Autoren zogen daraus den Schluss, dass eine Protein- und/oder Aminosäurensupplementation nach einem Krafttraining die Muskelproteinsynthese steigert. Dadurch wird eine potenzierte adaptive Antwort des Muskels auf Krafttraining ermöglicht, was letztlich zu höheren Kraftzuwachsraten und stärkerem Muskelwachstum führt (38). Der Zeitpunkt der Einnahme scheint neben dem Proteintyp und der verabreichten Proteinmenge ebenfalls einen wichtigen Einfluss auf die Muskelquer-

schnittsvergrösserung und die Kraftzuwächse zu haben. In einer Studie wurde bei Männern im Alter von 70 bis 80 Jahren untersucht, ob eine Proteineinnahme (10 g entrahmte Milch/Soja) unmittelbar nach dem Krafttraining einen grösseren Einfluss auf das Muskelwachstum (M. quadriceps) und die Kraftzuwachsraten (EWM und 5-WM) der Kniestrecker hat als die Einnahme zwei Stunden nach Beendigung des Trainings (43). Das 12-wöchige Krafttraining (3 x/Woche) bewirkte eine signifikant höhere Zunahme des Muskelquerschnitts im M. quadriceps (7%) in der Gruppe, die die Proteine unmittelbar nach dem Training aufnahm. Die verzögerte Proteinzufuhr nach dem Training führte zu keinen bedeutsamen Veränderungen im Muskelquerschnitt. Neben der Gabe von Molkeproteinen scheinen ältere Menschen insbesondere von der Vitamin-D-Einnahme zu profitieren. In einer Metaanalyse von Muir et al. (44) konnte gezeigt werden, dass die tägliche Gabe von Vitamin D mit einer Dosierung von 800 bis 1000 IE zu signifikanten Verbesserungen der Kraft und des Gleichgewichts bei älteren Menschen (≥ 60 Jahre) führte. In einem Übersichtsbeitrag konnte allerdings kein additiver Effekt von Vitamin D bei gleichzeitiger Durchführung eines Krafttrainings im Alter festgestellt werden (45). Nach Aussage des Autors scheint dieses Ergebnis jedoch nicht abschliessend gesichert zu sein, da die Studienqualität der betrachteten Arbeiten limitiert war (kleine Stichprobengrössen, geringe Vitamin-D-Dosen, niedrige Trainingsintensitäten und/oder -umfänge). Hinsichtlich der optimalen Vitamin-D-Dosis untersuchten Bogaerts et al. (40) bei 113 Frauen (≥ 70 Jahre) die Effekte der Gabe von 880 oder 1600 IE Vitamin D mit oder ohne zusätzliches 24-wöchiges Ganzkörpervibrationstraining (3 x/ Woche). Verglichen mit den Gruppen, die nur Vitamin D bekamen, zeigten sich in den Gruppen, die Vibrationstraining durchführten und Vitamin D einnahmen, signifikante Verbesserungen der Kraft (EWM), der Ausdauer (shuttlewalk), des Gleichgewichts (Posturografie) und der Mobilität (Timed-Up-and-Go-Test). Es konnte jedoch kein additiver Effekt der

höheren Vitamin-D-Dosis gefunden werden (40). Als Fazit bleibt festzuhalten, dass sowohl eine ausreichende Dosis Vitamin D (800–1000 Einheiten) als auch die unmittelbare Einnahme insbesondere von Molkeproteinen (≥1,2 g/kg/Tag) nach dem Krafttraining der Dynapenie und Sarkopenie entgegenwirken können.
Krafttraining als Mittel gegen
Gleichgewichtsdefizite und
Mobilitätseinschränkungen
Neben der Bekämpfung von Dynapenie und Sarkopenie wird Krafttraining im Alter auch angewandt, um Transferleistungen im Sinne von Gleichgewichts- und Mobilitätsverbesserungen bei älteren Menschen zu erzielen. In einer systematischen Literaturübersicht untersuchten Orr und Kollegen (46) die Wirkungen von progressivem Krafttraining auf das Gleichgewicht gesunder und mobilitätseingeschränkter selbstständig lebender älterer Personen (≥ 60 Jahre). Die Autoren unterteilten dabei den primären Endpunkt der Analyse (Gleichgewicht) nach der Bewegungsart und der verwendeten Untersuchungsmethodik in vier Kategorien: a) statisches Gleichgewicht (z.B. Rom-
berg-Test); b) dynamisches Gleichgewicht (z.B.
Functional-Reach-Test); c) funktionell/klinische Testverfahren
zur Abschätzung des Gleichgewichts (z.B. Berg-Balance-Test); d) apparative Verfahren zur Abschätzung des Gleichgewichts (z.B. Sensory-Organisation-Test). Von den 29 randomisierten und kontrollierten Studien, die in die Literaturanalyse einbezogen wurden, fanden 14 Studien trainingsbedingte Verbesserungen in allen vier Kategorien, wobei vor allem in jenen Studien Leistungssteigerungen beobachtet wurden, die funktionell-klinische Tests einsetzten. Die spezifische Betrachtung der Trainingseffekte vor dem Hintergrund der Zielgruppe und der Dosis-Wirkungs-Beziehungen zeigte, dass Krafttraining insbesondere bei mobilitätseingeschränkten Personen Verbesserungen des Gleichgewichts bewirkte und

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Studien mit langer Trainingsdauer (40–104 Wochen) und hoher Trainingsintensität (≥ 70% des EWM) besonders effektiv waren. Weiterhin wurde die Studienlage durch die Verwendung der Physiotherapy-Evidence-Database (PEDRo)-Skala einer methodenkritischen Analyse unterzogen, um eine Beurteilung der Qualität der Interventionsstudien vornehmen zu können. Hierbei wurde eingeschätzt, inwieweit eine Studie intern valide ist und statistische Informationen enthält, sodass die Ergebnisse nachvollzogen und interpretiert werden können. Insgesamt können maximal 10 Punkte vergeben werden, wobei das Erreichen von 6 oder mehr Punkten einer hohen methodologischen Studienqualität entspricht. Nur zwölf Studien (43% der Arbeiten) erzielten einen Wert von ≥ 6 auf der PEDRo-Skala, was einer durchschnittlichen Studienqualität entspricht. Zukünftig sind somit weitere, methodisch gut durchgeführte Arbeiten notwendig, die die Wirkungen von Krafttraining im Alter auf Variablen des Gleichgewichts überprüfen. Die bereits erwähnte Metaanalyse von Steib et al. (23) untersuchte nicht nur die Wirkungen von Krafttraining auf Variablen der Kraft, sondern auch auf das Gleichgewicht (z.B. Gehgeschwindigkeit) und die Mobilität (z.B. Timed-Up-and-GoTest). Im Gegensatz zur Literaturbetrachtung von Orr et al. (46) konnten Steib et al. (23) keinen Einfluss der Trainingsintensität auf Messgrössen des Gleichgewichts und der Mobilität feststellen. Die Autoren vermuten, dass trainingsbedingte Kraftverbesserungen nur bis zu einem gewissen Mass in Leistungssteigerungen des Gleichgewichts und der Mobilität transferiert werden können, dass also eine nicht lineare Beziehung zwischen Kraftzuwachs und Gleichgewichts-/Mobilitätsverbesserungen besteht. Mit anderen Worten: Die ermittelten höheren Kraftzuwächse durch Krafttraining mit hohen Intensitäten (> 75% des EWM) im Vergleich zu Krafttraining mit mittleren (55–75% des EWM) und niedrigen (<55% des EWM) Intensitäten schlugen sich nicht in additiven Verbesserungen des Gleichgewichts und der Mobilität nieder (23). Interessant ist jedoch die Feststellung von Steib und Kollegen (23), dass Schnellkrafttraining (englisch: Power Training oder High Velocity Strength Training) im Vergleich zu traditionellem Krafttraining in Tests zur Erfassung des Gleichgewichts und der Mobilität zu stärkeren Leistungsverbesserungen führte. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass sich die Methodik des Schnellkrafttrainings insbesondere in der Bewegungsund/oder Kontraktionsgeschwindigkeit beim Ausstossen einer Last (während der konzentrischen Phase) vom traditionellen Krafttraining unterscheidet. In der Literatur wird das Verhältnis von konzentrischer zu exzentrischer Phase in der Regel mit 1:2 angegeben (47), sodass die konzentrische Phase explosiv gestaltet wird. Tschopp et al. (47) bestätigen in ihrer kürzlich durchgeführten Metaanalyse die Ergebnisse von Steib et al. (23), indem sie ebenfalls höhere Effekte von Schnellkrafttraining im Vergleich zu traditionellem Krafttraining auf Gleichgewichts(z.B. Zeit im Einbeinstand) und Mobilitätsparameter (z.B. Short Physical Performance Battery) feststellten. Die Frage nach der geeigneten Trainingsintensität beim Schnellkrafttraining mit älteren Personen konnte jedoch in beiden Metaanalysen (23, 47) nicht abschliessend beantwortet werden. Trainingsintensitäten von 20 bis 80 Prozent des EWM wurden in der Vergangenheit im Schnellkrafttraining mit Senioren angewandt (19). Granacher et al. (48) weisen in ihrem systematischen Übersichtsbeitrag darauf hin, dass Schnellkrafttraining mit niedrigen Intensitäten zu grösseren Anpassungen der Mobilität und des Gleichgewichts führen könnte als Schnellkrafttraining mit hohen Intensitäten. In einer Originalarbeit wurde der Einfluss der Trainingsintensität beim Schnellkrafttraining auf das Gleichgewicht überprüft (19). Die Autoren verglichen die Wirkungen eines zehnwöchigen, zweimal pro Woche durchgeführten Schnellkrafttrainings bei unterschiedlichen Trainingsintensitäten (20, 50, 80% des EWM) auf das Gleichgewicht (Einbeinstand auf Kraftmessplatte) von gesunden, selbstständig lebenden Personen mit einem mittleren Alter von 69 Jahren. Es konnte festgestellt werden, dass die niedrig dosierte Trainingsgruppe (20% des EWM) die grössten Gleichgewichtsverbesserungen erzielte im Vergleich zu den Gruppen, die mit 50 und 80 Prozent des EWM trainierten (19). Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass Schnellkrafttraining mit explosiven Einsätzen während der konzentrischen Phase nur bedingt als Trainingsmassnahme für gebrechliche ältere Personen geeignet ist. Neue Interventionsansätze deuten darauf hin, dass Rumpfkrafttraining bei dieser Zielgruppe besonders gut geeignet sein könnte, um Verbesserungen des Gleichgewichts und der Mobilität zu induzieren. Einer aktuellen Studie ist zu entnehmen, dass das progressiv gestaltete Training der Rumpfmuskulatur (9 Wochen, 2 x/Woche) unter Verwendung instabiler Trainingsmittel zu signifikanten Verbesserungen des dynamischen Gleichgewichts (Gehgeschwindigkeit, Gangvariabilität) und der Mobilität (Leistung im Timed-Up-and-Go-Test) bei 63- bis 80-jährigen Frauen und Männern führte (49). In einer kürzlich publizierten systematischen Literaturübersicht wurden die Ergebnisse der Originalarbeit auf einer breiten Literaturbasis bestätigt (50). Granacher et al. (50) berichten, dass Rumpfkrafttraining zwischen 6 und 12 Wochen mit 2 bis 3 Trainingseinheiten pro Woche und 3 bis 4 Sätzen pro Übung sowie einer progressiven Belastungsgestaltung über TheraBänder oder das eigene Körpergewicht signifikante Verbesserungen des Gleichgewichts und der Mobilität bewirken. Es kann festgehalten werden, dass insbesondere Schnellkrafttraining für die unteren Extremitäten mit Intensitäten von 20 Prozent des EWM und einer Trainingsdauer von 10 Wochen bei 2 Trainingseinheiten pro Woche und 3 Sätzen pro Übung Verbesserungen des Gleichgewichts und der Mobilität induzieren (Tabelle 1). Darüber hinaus deutet sich an, dass Rumpfkrafttraining eine vielversprechende und einfach durchzuführende Massnahme zum Training des Gleichgewichts und der Mobilität im Alter darstellt. Einschränkend muss jedoch angemerkt wer- 27 5/13 MUSKULATUR – DIE ROLLE DER ERNÄHRUNG den, dass die Studienlage zu den DosisWirkungs-Beziehungen im Schnellkraftund Rumpfkrafttraining limitiert ist und die bis heute zur Verfügung stehenden Ergebnisse daher mit Vorsicht interpretiert werden müssen. Fazit Krafttraining stellt eine effektive Interventionsmassnahme im Alter dar, um Dynapenie, Sarkopenie, Gleichgewichtsdefiziten und Mobilitätseinschränkungen entgegenzuwirken. Bei der Umsetzung von Krafttraining in die Trainingspraxis muss das jeweilige Trainingsziel beachtet werden. So unterscheidet sich beispielsweise das Belastungsgefüge des Maximalkrafttrainings mit dem Ziel Muskelwachstum deutlich von den Belastungsnormativen des Schnellkrafttrainings mit dem Ziel Gleichgewichtsund Mobilitätsverbesserungen. Aus Abbildung 2 ist eine nach Trainingszielen geordnete Zusammenstellung von DosisWirkungs-Beziehungen zum Krafttraining mit älteren Menschen zu entnehmen. Korrespondenzadresse: Prof. Dr. Urs Granacher Universität Potsdam Humanwissenschaftliche Fakultät Exzellenzbereich Kognitionswissenschaften Lehrstuhl für Trainings- und Bewegungswissenschaft Am Neuen Palais 10, Haus 12 D-14469 Potsdam Tel. +49 (0)331-977 1543 Fax +49 (0)331 977 4022 E-Mail: urs.granacher@uni-potsdam.de Tabelle 1 online einsehbar auf www.sze.ch Literatur: 1. «Population structure and ageing» – Statistics Explained (2013/10/2) [database on the Internet]. European Commission. 2013 [cited 2013/10/29]. Available from: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/statistics_explained/index.php/Population_structure_and_ageing. 2. Bundesamt für Statistik. Szenarien zur Bevölkerungsentwicklung der Schweiz 2010–2060. Bundesamt für Statistik, editor. Neuchâtel Bundesamt für Statistik 2010. 3. Reinhardt UE. Does the aging of the population really drive the demand for health care? Health Affairs 2003; 22 (6): 27–39. 4. Weyler EJ, Gandjour A: Socioeconomic burden of hip fractures in Germany. 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5/13

MUSKULATUR – DIE ROLLE DER ERNÄHRUNG
31 5/13

Tabelle: Auflistung ausgewählter Studien zum Krafttraining im Alter

Autoren

Geschlecht Alter (Jahre)

Frontera et al. (17) Fiatarone et al. (16) Charette et al. (51) Hicks et al. (52) Grimby et al. (53) Judge et al. (54) Nichols et al. (55) Pyka et al. (56) Fiatarone et al. (57)

M M/F F M/F M M/F F M/F M/F

Häkkinen et al. (58) McCartney et al. (59) Häkkinen et al. (60) Häkkinen et al. (32) Harridge et al. (27)

M/F M/F M/F M M/F

Tracy et al. (30)

M/F

Yarasheski et al. (61) M/F

Hagermann et al. (62) M

Häkkinen et al. (63) M/F

Trappe et al. (31)

Roth et al. (64)

Häkkinen et al. (33) F

Schlicht et al. (65) M/F

Roth et al. (34)

M/F

Scaglioni et al. (66) M

Hruda et al. (67)

Granacher, et al. (69) M Granacher et al. (68) Bunout et al. (70) M/F
Holviala et al. (71) F

60–72 86–96 64–86 mittleres Alter: 66 78–84 71–97 mittleres Alter: 67 61–78 72–98
64–73 60–80 60–75 mittleres Alter: 61 85–97
65–75 76–92 60–75 62–78 mittleres Alter: 74 65–75 60–68 61–87
65–75 65–80
75–94
60–80
mittleres Alter: 76
mittleres Alter: 64

N Muskeln

Dauer

Kraftgewinn

(Wochen) (%)

Muskel querschnittsvergrösserung (%)

12 Knieextension

10 Knieextension

13 Beinpresse

11 Dorsalextension

9 Knieextension

8–12

18 Knieflexion

18 Untere/obere Extrem. 24

25 Untere/obere Extrem. 30

100 Hüft– und Knieextens. 10

EWM (107) EWM (174) EWM (28) EWM (48) EWM (10) EWM (32) EWM (18–71) EWM (23–62) EWM (113)

CT (9) CT (11) CT (3)
CT (3)

11 Beinextension 113 Beinpresse 12 Knieextension 10 Knieextension 11 Knieextension
12 Knieextension 17 Knieextension 10 Beinpresse 11 Knieextension 7 Knieextension 6 Knieextension 10 Beinextension 24 Beinextension
Hüftadduktion Plantarflexion 19 Beinpresse 14 Plantarflexion
25 Knieextension

12 84 12 10 12
9 12 16 24 12 9 21
8 24 16
10

MWK (20–37) EWM (32) EWM (18–21) EWM(17) EWM (134)/ MWK (37) EWM (27–29) EWM (6–22) EWM (72) EWM (16–24) EWM (50) EWM (25) MWK (37) EWM (20–48)

CT (9)
MRT (9) MRT (10)
MRT (12)

EWM (M:12 / F: 27) EWM (24)/ MWK (18) EWM kon. (60)/exz. (44)

MRT (4)

60 Beinextension

MWK (27)

96 Knieextension

EWM (19)

48 Beinextension

EWM (27)/MWK (20)

Typ I/Typ II Zuwächse (%) 34 / 28 7 / 20 8/5 59 / 67
23 / 38
20 / 13 22 / 36

Verbesserung des Gleichgewichts/ der Mobilität (%)
Tandem–GG (48)
GG (8)
GG (12), Treppensteigen (28) Treppensteigen (57)
GG (11)
GG (17), fünfmaliges Aufstehen und Hinsetzen aus einem Stuhl (15)
6 m Gehzeit (33), 30 s Aufstehen und Hinsetzen aus einem Stuhl (66)
SPPB (11), 12 min Gehen (9) GG (9), Gleichgewicht (23)

MUSKULATUR – DIE ROLLE DER ERNÄHRUNG

Tabelle: Fortsetzung

Autoren

Geschlecht Alter (Jahre)

N Muskeln

Dauer

Kraftgewinn

(Wochen) (%)

Bottaro et al. (72) M

60–76

24 Beinextension

EWM (27)

Caserotti et al. (73) F

Slivka et al. (74) Raue et al. (75) Bickel et al. (76) Granacher et al. (49)

M F M/F M/F

60–65 80–89

65 Beinextension

80–86 mittleres Alter: 85 60–75 63–80

6 Knieextension

31 Knieextension

32 Rumpfextension

Rumpfflexion

Rumpfrotation

Rumpf-lateralflexion 9

60–65 J. EWM (18) 80–89 J EWM (28) EWM (41) EWM (26) EWM (40)
EWM (21–53)

Muskel querschnittsvergrösserung (%)

Typ I/Typ II Zuwächse (%)

Verbesserung des Gleichgewichts / der Mobilität (%)
TUG (15), 30 s Aufstehen u. Hinsetzen aus einem Stuhl (43)

CT (3)

-3/13 14/28

GG (9), FRT (20), TUG (4)

5/13

M = Männer; F = Frauen; MWK = maximal willkürliche Kontraktion; EWM =Einer-Wiederholungs-Maximum; CT = Computertomographie; MRT = Magnetresonanztomographie; GG = Gehgeschwindigkeit; SPPB = Short Physical Perfomance Battery; kon. = konzentrisch; exz. = exzentrisch; FRT = Functional Reach Test