Originale Autorin – Vidya Acharya
Top-Beitragende – Vidya Acharya, Mandy Roscher, Kim Jackson, Tarina van der Stockt, Chelsea Mclene, Lucinda hampton, Rucha Gadgil, Jess Bell und Olajumoke Ogunleye
Bei einer Vielzahl von Erkrankungen und Pathologien kommt es zu einer Muskelschwäche. Es hat sich gezeigt, dass Widerstandstraining mit hohen Lasten das erfolgreichste Mittel zur Verbesserung der Muskelkraft und zur Erzielung einer Muskelhypertrophie ist. Bei bestimmten Bevölkerungsgruppen, die eine Kräftigung der Muskeln benötigen, z. B. bei Personen mit chronischen Schmerzen oder bei Patienten nach einer Operation, sind Übungen mit hoher Belastung und hoher Intensität jedoch möglicherweise klinisch nicht indiziert. Bei Erkrankungen, die zu einem Verlust von Muskelmasse führen, wie Krebs, HIV, Diabetes und COPD, könnten eine Kräftigung der Muskulatur und eine Muskelhypertrophie möglicherweise von Nutzen sein. Diese Patienten vertragen jedoch keine hochintensiven/belastenden Übungen.(1)(2)(3)(4)(5)(6)
Das Blutflussrestriktionstraining (Blood Flow Restriction Training, BFR-Training) ist eine Technik, bei der eine niedrige Trainingsintensität mit einer Blutflussrestriktion (BFR) kombiniert wird und die ähnliche Ergebnisse wie ein hochintensives Training erzielt. Es wird seit einiger Zeit in Fitnessstudios eingesetzt, erfreut sich aber auch in klinischen Einrichtungen zunehmender Beliebtheit.(7)(8)
Das BFR-Training wurde ursprünglich in den 1960er Jahren in Japan entwickelt und als KAATSU-Training bekannt.(9) Es beinhaltet das Anlegen einer pneumatischen Manschette (Tourniquet) proximal des zu trainierenden Muskels. Es kann entweder an der oberen oder unteren Extremität angewendet werden. Die Manschette wird auf einen bestimmten Druck aufgepumpt, um eine partielle arterielle und vollständige venöse Okklusion zu erreichen. Der Patient wird dann gebeten, Widerstandsübungen mit einer niedrigen Intensität von 20-30 % des Einwiederholungsmaximums (1RM ) durchzuführen, mit hohen Wiederholungen pro Satz (15-30) und kurzen Ruhepausen zwischen den Sätzen (30 Sekunden)(10)
Muskelhypertrophie bezeichnet die Vergrößerung des Muskeldurchmessers sowie eine Zunahme des Proteingehalts in den Fasern. Eine Zunahme der Querschnittsfläche des Muskels korreliert direkt mit einer Zunahme der Kraft.(11)
Muskelspannung und metabolischer Stress sind die beiden Hauptfaktoren, die für die Muskelhypertrophie verantwortlich sind.
Wenn ein Muskel mechanisch belastet wird, steigt die Konzentration der anabolen Hormone. Die Aktivierung der myogenen Stammzellen und die erhöhten anabolen Hormone führen zu einem Proteinstoffwechsel und somit zu einer Muskelhypertrophie.(12)(13)
Die Freisetzung von Hormonen, Hypoxie und Zellschwellung treten auf, wenn ein Muskel unter metabolischem Stress steht.(14) Diese Faktoren sind alle Teil des Anabolismus des Muskelgewebes.
Myogene Stammzellen (Satellitenzellen) befinden sich zwischen der Basallamina und der Plasmamembran der Muskelfasern. Sie sind normalerweise inaktiv und werden als Reaktion auf eine Muskelverletzung oder eine erhöhte Muskelspannung aktiviert. Diese Zellen sind sowohl für die Reparatur von beschädigten Muskelfasern als auch für das Wachstum der Fasern selbst verantwortlich.(11)
Jede Art von Training, ob mit Widerstand oder aerob, führt zu einem signifikanten Anstieg des humanen Wachstumshormons (human Growth Hormone, hGH). Der insulinähnliche Wachstumsfaktor und das Wachstumshormon sind für die erhöhte Kollagensynthese nach dem Training verantwortlich und unterstützen die Muskelregeneration. Das Wachstumshormon selbst verursacht keine direkte Muskelhypertrophie, unterstützt jedoch die Muskelregeneration und fördert dadurch möglicherweise den Prozess der Muskelkräftigung.(15) Die Anhäufung von Laktat und Wasserstoffionen (z.B. bei hypoxischem Training) erhöht die Freisetzung von Wachstumshormon zusätzlich.(13)
Es hat sich gezeigt, dass hochintensives Training Myostatin herunterreguliert und damit ein Umfeld schafft, in dem Muskelhypertrophie auftreten kann.(12) Myostatin kontrolliert und hemmt das Zellwachstum im Muskelgewebe. Es muss im Wesentlichen ausgeschaltet werden, damit eine Muskelhypertrophie stattfinden kann.
Widerstandstraining führt zu einer Kompression der Blutgefäße innerhalb der trainierten Muskeln. Dies führt zu einer hypoxischen Umgebung, da die Sauerstoffzufuhr zum Muskel reduziert wird. Als Folge der Hypoxie wird der Hypoxie-induzierte Faktor (HIF-1α) aktiviert. Dies führt zu einer Zunahme des anaeroben Laktatstoffwechsels und der Produktion von Laktat.(14)
Wenn es zu einer Blutansammlung und einer Anhäufung von Stoffwechselprodukten kommt, schwillt die Zelle an. Diese Schwellung in den Zellen löst eine anabole Reaktion aus und führt zu einer Muskelhypertrophie. (16) Die Zellschwellung kann tatsächlich eine mechanische Spannung verursachen, die dann, wie oben beschrieben, die myogenen Stammzellen aktiviert.
Das Ziel des BFR-Trainings besteht darin, die Auswirkungen eines hochintensiven Trainings nachzuahmen, indem mithilfe einer Manschette eine hypoxische Umgebung geschaffen wird. Die Manschette wird proximal des zu trainierenden Muskels angelegt, und es können dann Übungen mit geringer Intensität durchgeführt werden. Da der Blutabfluss durch die Manschette eingeschränkt ist, sammelt sich sauerstoffarmes Kapillarblut an und es kommt zu einem Anstieg von Protonen und Laktat (Milchsäure). Während des BFR-Trainings mit geringer Intensität finden dieselben physiologischen Anpassungen des Muskels (z. B. Freisetzung von Hormonen, Hypoxie und Zellschwellung) statt wie bei einem hochintensiven Training.(16)
Eine Studie verglich verschiedene Trainingsprogramme mit (1) hoher Intensität, (2) niedriger Intensität, (3) hoher und niedriger Intensität mit BFR und (4) niedriger Intensität mit BFR. Während alle vier Trainingsprogramme über einen Zeitraum von 6 Wochen zu einer Steigerung des Drehmoments, der Muskelaktivierung und der Muskelausdauer führten, erzielten die Gruppe mit hoher Intensität (Gruppe 1) und die Gruppen mit BFR (Gruppen 3 und 4) die größte Effektgröße und waren miteinander vergleichbar. (18)
Die BFR erfordert die Anbringung eines Tourniquets an einer Extremität. Die Manschette muss auf einen bestimmten Druck festgezogen werden, der den venösen Blutfluss unterbindet, während der arterielle Blutfluss während der Übungen weiterhin möglich ist.
In Fitnessstudios werden hierfür teilweise einfache Hilfsmittel wie Latexschläuche oder elastische Bänder verwendet.(19) Diese sind nicht empfehlenswert, da man die Okklusion des Blutflusses nicht überwachen kann. Ein dünner Durchmesser kann auch zu viel lokalen Druck verursachen und zu Gewebeschäden führen.
Für die korrekte Durchführung der BFR wird eine breite Manschette bevorzugt. Im Allgemeinen werden 10-12 cm lange Manschetten verwendet. Eine breite Manschette mit 15 cm Durchmesser ist möglicherweise am besten geeignet, um eine gleichmäßige Kompression zu ermöglichen. Moderne Manschetten sind so geformt, dass sie sich der natürlichen Kontur des Arms oder Oberschenkels anpassen und von proximal nach distal schmaler werden. Es gibt auch spezielle Manschetten für die oberen und unteren Extremitäten, die eine bessere Passform ermöglichen.(20)
BFR-Manschetten können entweder aus elastischem Material oder aus Nylon hergestellt werden. Die schmaleren Manschetten sind normalerweise aus elastischem Material und die breiteren aus Nylon. Bei elastischen Manschetten entsteht bereits vor dem Aufpumpen ein Anfangsdruck, was dazu führt, dass der Blutfluss anders eingeschränkt werden kann als bei Nylonmanschetten.(21)
Elastische Manschetten bieten im Vergleich zu Nylonmanschetten erwiesenermaßen einen signifikant höheren arteriellen Okklusionsdruck. (22)
Es gibt verschiedene Methoden zur Festlegung des Manschettendrucks bei der Blutflussrestriktion:(20)
Es ist am sichersten, einen Druck zu verwenden, der für jeden einzelnen Patienten spezifisch ist, da unterschiedliche Drücke den Blutfluss bei allen Personen unter den gleichen Bedingungen verringern.(20)
Der Blutfluss in den Extremitäten kann mithilfe von Doppler-Ultraschall oder Plethysmographie bestimmt werden. Die Manschette wird auf einen bestimmten Druck aufgepumpt, bei dem der arterielle Blutfluss vollständig unterbrochen wird. Dieser Druck wird als individueller arterieller Okklusionsdruck (engl. „limb occlusion pressure“, LOP, oder „arterial occlusion pressure“, AOP) bezeichnet. Der Manschettendruck wird dann als Prozentsatz des LOP berechnet, normalerweise zwischen 40-80 %.
Diese Methode ist vorzuziehen, da sie sicherstellt, dass die Patienten mit dem für sie und den verwendeten Manschettentyp richtigen Druck trainieren. Sie ist sicherer und stellt sicher, dass sie mit optimalen Drücken trainieren, die nicht zu hoch sind, um Gewebeschäden zu verursachen, und auch nicht zu niedrig, um unwirksam zu sein.(20)
Der Druck der Manschette hängt von der Breite der Manschette sowie von der Größe der Extremität ab, an der die Manschette angelegt wird.
Der Schlüssel zur BFR liegt darin, dass der Druck hoch genug sein muss, um den venösen Rückfluss zu unterbinden und eine Blutstauung zu ermöglichen, aber niedrig genug sein muss, um den arteriellen Zufluss aufrechtzuerhalten.(23) Als Parameter für das BFR-Training wird auch die wahrgenommene Enge der Manschette (engl. „perceived wrap tightness“) auf einer Skala von 0 bis 10 verwendet. Wilson et al. (2013) stellten fest, dass eine wahrgenommene Enge von 7 von 10 zu einer vollständigen venösen Okklusion führte, aber dennoch einen arteriellen Zufluss ermöglichte.(24)(25)
Die BFR wurde bei Sportlern und im Freizeittraining eingesetzt, um eine Muskelhypertrophie zu erreichen. Sie kann auch bei klinischen Populationen eingesetzt werden, die aufgrund des Stadiums ihrer Erkrankung oder der vorliegenden Pathologie keine hochintensiven Übungen durchführen können.(26)
Beispiele für BFR-Training in der Praxis:
Obere Extremität: Das Tourniquet wird am Oberarm angelegt. Die Manschette wird so weit aufgepumpt, dass 50 % des arteriellen Blutflusses und 100 % des venösen Blutflusses eingeschränkt werden.
Untere Extremität: Das Tourniquet wird am Oberschenkel angelegt. Die Manschette wird aufgepumpt, um 80 % des arteriellen Blutflusses und 100 % des venösen Blutflusses zu beschränken. Bei korrektem Druck der Manschette werden normale Übungen mit etwa 20–30 % des 1RM durchgeführt.
Die Übungsverordnung für das BFR-Training variiert, je nachdem, ob es als Widerstandstraining (BFR-RE), aerobes Training (BFR-AE) oder passiv ohne Übungen (P-BFR) angewendet wird.(30)
Modell der Übungsverordnung mit BFR-RE(30)
Modell der Übungsverordnung mit BFR-AE(30)
Für optimale Ergebnisse sollte Widerstandstraining 2–4 Mal pro Woche durchgeführt werden. Theoretisch kann ein Krafttraining mit BFR täglich durchgeführt werden, dies ist jedoch möglicherweise nicht die beste langfristige Strategie, und ein Training 1–2 Mal pro Tag sollte nur über kürzere Zeiträume von 1–3 Wochen durchgeführt werden. BFR-RE ist in der Regel eine Trainingsmodalität für jeweils ein Gelenk beim Krafttraining.(30)
Eine Muskelhypertrophie kann während des BFR-RE innerhalb eines Zeitraums von 3 Wochen beobachtet werden, aber die meisten Studien befürworten längere Trainingsdauern von mehr als drei Wochen.
Es hat sich gezeigt, dass eine Belastung von 20–40 % des 1RM zu einer konsistenten Muskelanpassung bei BFR-RE führt.
Modell der Übungsverordnung mit P-BFR(30)
Die Höhe des Drucks, der erforderlich ist, um den Blutfluss in der Extremität zu unterbinden, hängt von der Größe der Extremität, den darunter liegenden Weichteilen, der Manschettenbreite und der verwendeten Ausrüstung ab. Der angewandte individuelle arterielle Okklusionsdruck hängt davon ab, ob es sich um eine obere oder untere Extremität handelt, und sollte zwischen 40 % und 80 % liegen.(30)
Die BFR kann während des aeroben Trainings angewendet werden und wurde in der Forschung bisher meist mit Gehen oder Radfahren untersucht. Es ist etwas schwieriger, den Manschettendruck aufrechtzuerhalten, und in der Literatur fehlt eine Standardisierung des Manschettendrucks während der BFR-AE.(30)Außerdem gibt es nur begrenzte Evidenz dafür, dass das BFR-Training die aerobe Kapazität und die Leistung bei trainierten Sportlern verbessert.(31)
Die passiv angewandte BFR (d. h. BFR wird angewendet, ohne dass eine Übung durchgeführt wird) wurde noch nicht umfassend erforscht. Das Verfahren hat jedoch positive Ergebnisse bei der Verringerung der Muskelatrophie nach VKB-Operationen gezeigt. In den durchgeführten Studien wurden keine standardisierten Drücke verwendet, und einige der verwendeten Drücke waren hoch genug, um den Blutfluss möglicherweise vollständig zu unterbinden, was ein Sicherheitsrisiko darstellt. Die P-BFR könnte bei postoperativen Patienten möglicherweise von Vorteil sein, aber es sind noch weitere Forschungen auf diesem Gebiet erforderlich.(30)
Zu den berichteten Nebenwirkungen bei der Durchführung des BFR-Trainings gehören Ohnmacht, Schwindel, Taubheitsgefühl, Schmerzen und Unwohlsein sowie verzögert einsetzender Muskelkater (DOMS).(32)
Vor der Anwendung von BFR sollten bei allen Patienten die Risiken und Kontraindikationen für die Verwendung von Tourniquets beurteilt werden.
Die Literatur über die Auswirkungen der BFR auf die Sicherheit des Patienten ist widersprüchlich. Sicherheitsbedenken bestehen vor allem im Hinblick auf die Bildung von venösen Thromboembolien (tiefe Venenthrombose und Lungenembolie) und Muskelschäden.(20) Die verschiedenen Sicherheitsbedenken und ihre Auswirkungen werden im Folgenden erörtert:
Blut kann durch verschiedene Gerinnungssysteme gerinnen. Die Blutgerinnung wird zum Teil durch das fibrinolytische System kontrolliert. Die Fibrinolyse kann dazu beitragen, das Fortschreiten eines Blutgerinnsels zu einer venösen Thromboembolie zu verhindern.
In einer systematischen Überprüfung, die 2019 von da Cunha Nascimento et al. durchgeführt wurde, wurden die lang- und kurzfristigen Auswirkungen auf die Blutstillung (das Gleichgewicht zwischen Fibrinolyse und Gerinnung) untersucht. Es wurde der Schluss gezogen, dass weitere Forschung auf diesem Gebiet betrieben werden muss, bevor endgültige Empfehlungen ausgesprochen werden können.(34)
In dieser Übersichtsarbeit wurden Anliegen zu folgenden Punkten in den bisher erschienenen Studien geäußert:(34)
Die Schlussfolgerung der Autoren zur Sicherheit des BFR-Trainings lautete wie folgt:(34)
„Praktiker müssen die verfügbare Evidenz berücksichtigen und sich fragen:
Im Allgemeinen ist bekannt, dass ungewohnte Übungen zu Muskelschäden und verzögert einsetzendem Muskelkater (DOMS) führen, insbesondere wenn das Training eine große Anzahl exzentrischer Bewegungen umfasst. DOMS ist normal nach ungewohnter Belastung, auch nach einem LL-BFR-Training (mit niedrigen Lasten), und sollte innerhalb von 24-72 Stunden abklingen.(2)
Widerstandstraining mit hohen Lasten kann in jeder Form zu Muskelschäden führen. Ein übermäßiger Abbau der quergestreiften Muskulatur nach körperlicher Anstrengung wird als Rhabdomyolyse nach Belastung bezeichnet und kann zu Organschäden führen.(30) Die Inzidenz der Rhabdomyolyse durch BFR-RE ist mit etwa 0,07 % bis 0,2 % sehr gering. Dies scheint der Inzidenz von Rhabdomyolyse während eines normalen Krafttrainings mit hoher Belastung ähnlich zu sein. Es besteht die Sorge, dass selbst bei BFR mit niedrigen Lasten der erhöhte metabolische Stress eine Rhabdomyolyse auslösen könnte, aber die Inzidenzraten sind so niedrig, dass die derzeitige Evidenz nicht darauf hindeutet, dass es bei BFR-RE im Vergleich zu anderen Formen des Widerstandstrainings ein erhöhtes Risiko für Rhabdomyolyse gibt.(30) Eine aktuelle systematische Übersichtsarbeit, in der die Evidenz über Muskelschäden nach Einheiten von BFR-RE analysiert wurde, legt jedoch nahe, dass die Anwendung von BFR mit hohen Lasten bis zum Muskelversagen zu deutlichen Muskelschäden führt und vermieden werden sollte. Die Ergebnisse unterstreichen, dass das Ausmaß des Muskelschadens nach einer ersten Trainingseinheit mit Widerstand und Blutflussrestriktion offenbar geringer ausfällt, was auf einen protektiven Belastungseffekt durch diese Art von Übung hindeutet. Daher können Fachkräfte das Prinzip der progressiven Überlastung bei der Gestaltung von Krafttrainingsprogrammen mit BFR-RE in klinischen Kontexten anwenden.(36)
Bei der Verwendung von modernen Systemen ist das Risiko von Komplikationen durch das Tourniquet sehr gering und liegt zwischen 0,04 % und 0,8 %. Dennoch besteht bei der Verwendung von Tourniquets ein inhärentes Risiko. Zu den häufigsten Komplikationen gehören:(13)
Das BFR-Training kann als eine neue klinische Methode angesehen werden, um physiologische Anpassungen bei Personen zu erreichen, die ein Muskelkrafttraining mit hohen Widerständen nicht sicher tolerieren können oder die keine willkürliche Muskelaktivität erzeugen können. Es bedarf jedoch weiterer Forschung, um die Parameter für eine sichere Anwendung festzulegen, bevor eine breite klinische Anwendung möglich ist.(7) „Angehörige der Gesundheitsberufe müssen außerdem sicherstellen, dass sie über die richtige Ausbildung verfügen und die korrekte BFR-Ausrüstung und Techniken zur Bestimmung des Drucks verwenden, um die Sicherheit ihrer Patienten zu gewährleisten.“(20)