Unterschiedliche neuromuskuläre Adaptationen bei professionellen Mannschaftssportlern nach vorderer Kreuzbandrekonstruktion

Zusammenfassung

Hintergrund

Nach der erfolgreichen chirurgischen Wiederherstellung der mechanischen Stabilität bleiben bei Sportlern nach Ruptur des vorderen Kreuzbandes neuromuskuläre Defizite bestehen. Ziel dieser Studie war die vergleichende elektrophysiologische Bewertung knieführender Muskeln zum Zeitpunkt der Rückkehr in das Mannschaftstraining.

Materialien und Methoden

Die Muskelaktivität des M. vastus medialis und lateralis wurde im Median 264 Tage nach Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes erfasst. Die Signale wurden in Aktionspotenziale einzelner motorischer Einheiten zerlegt und in Abhängigkeit des objektiven Leistungsvermögens der 30 professionellen Spielsportler in Terzilgruppen (G1, G2, G3) miteinander verglichen.

Ergebnisse

Die maximalen Kniestreckmomente der Terzilgruppen unterschieden sich signifikant (G1: 5,01±0,60 Nm/kg; G2: 4,18±0,60; G3: 3,60±0,61; p<0,001) voneinander. Die mittleren Entladungsraten der motorischen Einheiten von G1 und G2 waren geringer als von G3 (p<0,05). Die mittleren Amplituden der Aktionspotenziale von G1 waren höher als von G3 (p=0,003).

Schlussfolgerung

Sportler mit funktionellen Defiziten kompensieren mit erhöhten Entladungsraten (zentraler Marker) der motorischen Einheiten, während leistungsfähigere Athleten höhere Amplituden der Aktionspotenziale (peripherer Marker) der motorischen Einheiten aufweisen. Neuromuskuläre Adaptationen infolge der Strukturzerstörung des vorderen Kreuzbandes finden leistungsabhängig auf unterschiedlichen Ebenen des sensomotorischen Systems statt.

Abstract

Objectives

After successful surgical restoration of mechanical stability, neuromuscular deficits remain in athletes after an anterior cruciate ligament tear. This study aimed to compare electrophysiological outcomes of knee muscles upon return to team training.

Materials and Methods

Muscle activity of the vastus medialis and lateralis muscles was recorded at a median of 264 days after anterior cruciate ligament reconstruction. The signals were decomposed into action potential trains of individual motor units and compared in tertile groups (G1, G2, G3) depending on the objective performance of the 30 professional athletes.

Results

The maximum knee extension torques differed significantly (G1: 5.01±0.60 Nm/kg; G2: 4.18±0.60; G3: 3.60±0.61; p<0.001) between the tertile groups. The mean discharge rates of the motor unit of G1 and G2 were lower than those of G3 (p<0.05). The mean action potential amplitudes of G1 were higher than those of G3 (p=0.003).

Conclusions

Athletes with functional deficits compensate with increased discharge rates (central marker) of the motor unit, while athletes with better performance showed higher action potential amplitudes (peripheral marker) of the motor unit. Neuromuscular adaptations resulting from structural anterior cruciate ligament destruction occur at different levels of the sensorimotor system depending on athletes’ performance capacity.

Schlüsselwörter

Elektromyographie - dEMG - Zurück zum Sport - Profisport

Keywords

electromyography - dEMG - return to sports - professional sport

Einleitung

Verletzungen der Gelenkbänder, im Speziellen des vorderen Kreuzbandes (VKB), beeinträchtigen das neuro-mechanische System und führen zu langen Ausfallzeiten im professionellen Mannschaftssport [1] [2]. Eine besondere Herausforderung innerhalb der Nachbehandlung stellen die sukzessive Aufbelastung der Struktur sowie die optimale Funktionswiederherstellung dar.

Die Bemühungen in den letzten Jahren einheitliche Standardtestverfahren (Muskelkrafttests, Sprungtests, Selbstbeurteilungsbögen) für Return-to-Sport (RTS)-Entscheidungen zu kombinieren, scheitern derzeit an der fehlenden Validität der RTS-Kriterien [3] und einem Konsens bezüglich der Mindestanforderungen. Die Freigabe für das uneingeschränkte Mannschaftstraining ist dabei ein wesentlicher Meilenstein auf dem Weg zurück in den Leistungssport. Eine erfolgreiche Rückkehr in den Sport ist dann erreicht, wenn die Athleten auf ihr ursprüngliches Sportlevel zurückkehren, sie weder mentale noch physische Leistungsdefizite aufweisen und keine erneute Verletzung des VKB (Transplantatruptur oder VKB-Ruptur der kontralateralen Seite) erleiden.

Nach der erfolgreichen chirurgischen Wiederherstellung der mechanischen Stabilität bleiben bei den Athleten neuromuskuläre Defizite auf unterschiedlichen Ebenen bestehen [4]. Das zentrale Nervensystem reagiert auf die zumeist bilateral nachweisbaren Funktionsdefizite mit einer Reorganisation im Sinne einer selektiven kompensatorischen Optimierung [5]. Damit lässt sich ein Teil der interindividuellen Variabilität zwischen den Patienten erklären.

Eine Strategie ist daher, den neuromuskulären Status nach einer VKB-Rekonstruktion mittels effektiverer Interventionen zu verbessern. Hierbei scheinen neurokognitive Aufgaben ein probates Mittel zur Modifikation der kortikalen und subkortikalen Defizite zu sein. In Kombination mit funktionellen Tests können dann RTS-Entscheidungen optimiert werden [6]. Eine zusätzliche Möglichkeit, die Sicherheit der Rückkehr in den Sport nach der Rehabilitation zu erhöhen und möglicherweise den inakzeptabel hohen Reverletzungsraten [7] zu begegnen, stellt eine differenziertere elektrophysiologische Diagnostik dar. Nuccio und Kollegen [8] konnten in diesem Zusammenhang belegen, dass das Kraftdefizit der Kniestrecker nach der Rekonstruktion des VKB mit einem reduzierten neuralen Antrieb, vor allem des M. vastus lateralis, in Zusammenhang steht. Der neurale Antrieb stellt den synaptischen Input auf den Motoneuronenpool dar, wodurch die motorischen Einheiten (ME) mit ihren spezifischen Entladungsraten (zentraler Marker) rekrutiert werden. Im Seitenvergleich waren die mittleren Entladungsraten der ME motorischen Einheit der Vasti-Muskeln auf der Seite der VKB-Rekonstruktion geringer [8]. Somit scheinen die Motoneurone der Vasti-Muskeln nach einer VKB-Rekonstruktion nicht in der Lage, die Entladungsrate hochzuregulieren. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass auf der Seite der VKB-Rekonstruktion die ME des M. vastus medialis bei geringeren Rekrutierungsschwellen höhere AP-Amplituden aufweisen [9]. Da die zentralen (Antrieb der Motoneurone) und peripheren Funktionsmerkmale (AP-Amplituden) der Muskelsteuerung für das Ausmaß der Muskelaktivität verantwortlich sind, ist deren Wechselbeziehung von besonderer Bedeutung für die differenzierte Beurteilung individueller Kompensationen nach einer Verletzung oder Operation.

Trotz bekannter und kritisch diskutierter Limitationen des inter-individuellen Seitenvergleichs unilateral erbrachter Leistungen der Extremitäten (limb symmetry index, LSI) hat sich das vergleichende Verfahren zur Statusbeurteilung nach Verletzungen und Operationen weitestgehend etabliert. Ein wesentlicher Grund hierfür ist der Mangel an Alternativen im Fall fehlender Statuswerte zu den Zeitpunkten vor der Verletzung (Pre-Injury-Wert [10]) oder vor der operativen Intervention [11]. Folglich können nur bedingt Aussagen darüber getroffen werden, inwieweit die verletzte Seite bereits initial die schwächere bzw. geringer leistungsfähigere Seite war. Überdies konnten Welling und Kollegen [12] an Mannschaftssportlern zeigen, dass trotz der erreichten Vorgaben von mindestens 90% LSI in den Hop Tests zehn Monate nach der VKB-Rekonstruktion nur 72% der Athleten zwei Jahre nach der VKB-Rekonstruktion auf ihrem ursprünglichen Sportlevel aktiv waren. Eine Analyse der absoluten Sprungergebnisse ergab, dass die Athleten, die erfolgreich zurückgekehrt waren, eine höhere Leistungsfähigkeit aufwiesen [12]. Daraus schlussfolgerten die Autoren, dass die absolute athletische Leistung für eine erfolgreiche Rückkehr in den Mannschaftssport einen wesentlichen Faktor darstellt.

Deshalb war es das Ziel dieser Studie, zentrale und periphere Kennwerte knieführender Muskeln in Abhängigkeit vom objektiven Leistungsvermögen bei professionellen Spielsportlern nach einer Primärruptur des VKB und zum Zeitpunkt der Rückkehr in das Mannschaftstraining auf der operierten Seite vergleichend zu bewerten. Ausgehend von der Studienlage kann hypothetisch davon ausgegangen werden, dass Spielsportler mit einer höheren Leistungsfähigkeit in den absolvierten funktionellen Tests höhere Entladungsraten der Motoneurone aufweisen als Athleten mit geringeren Leistungswerten.

Methode

Studiendesign und Rekrutierung

In dieser explorativen Querschnittstudie wurden professionelle Spielsportler untersucht. Die Rekrutierung der Patienten erfolgte fortlaufend nach Zuweisung durch die Verwaltungs-Berufsgenossenschaft (VBG) in den Jahren 2021 bis 2023. Die Studienprotokolle wurden mit Zustimmung der zuständigen Ethik-Kommission (Bearbeitungsnummern: 2016–144 und 2016–145) durchgeführt.

Ein- und Ausschlusskriterien

In die Studie wurden männliche Spielsportler mit einem Tegner Aktivitätslevel von mindestens sieben eingeschlossen. Die Sportler wiesen eine unilaterale Primärruptur des VKB auf, die operativ versorgt wurde. Ausgeschlossen wurden Sportler aus Individualsportarten und mit einem geringeren Tegner Aktivitätslevel als sieben. Sportler mit konservativ versorgter VKB-Ruptur sowie Sportler nach wiederholter Ruptur des VKB oder Sportler mit einer Multiligamentverletzung wurden ebenfalls ausgeschlossen.

Elektromyographie (EMG)

Nach der Bestimmung der Maximalkraft (MVC) wurde die Muskelaktivität einer isometrischen Kontraktion bei einer Intensität von 40% MVC an der Hautoberfläche über dem M. vastus medialis (VM) und lateralis (VL) der operierten Seite mit Hilfe von 5-Pin-Sensoren der Firma Delsys erfasst (Abtastrate: 20 kHz). Anschließend erfolgte mittels etablierter Algorithmen [13] die Zerlegung (Dekomposition) in Aktionspotenziale (AP) einzelner motorischer Einheiten (ME) ([Abb. 1]).

Abb. 1 Darstellung des Messplatzes mit der Kraft- und EMG-Sensorik sowie dem Profil der Datenerfassung mit einer exemplarischen Dekomposition des zentralen Anteils des EMG-Signals (geglättete Kurven der Entladungsraten von vier motorischen Einheiten). Quelle: Bartels et al. Beurteilung des neuromuskulären Funktionszustands bei Berufssportlern. Arthroskopie 35, 293–299 (2022). DOI: 10.1007/s00142–022–00548–0, Copyright 2022 by the authors. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), Link zum Artikel (https://doi.org/10.1007/s00142-022-00548-0).

Die Entladungsraten der ME stellen einen zentralen Marker der Muskelaktivierung dar und können nicht aus Outcomes herkömmlicher EMG-Mischsignale abgeleitet werden. Die AP-Amplituden der ME (Summenaktionspotenziale der ME, MUAP) hingegen repräsentieren einen peripheren Marker der Struktur der ME. Somit spiegelt das MUAP die Anzahl der zu dem Motoneuron gehörenden Muskelfasern wider und beschreibt die Größe der ME.

Leistungstests und Leistungsbewertung (Subgruppenzuordnung)

Neben der MVC als Leistungsindikator wurden folgende Funktionstests zur Bewertung der Leistungsfähigkeit durchgeführt: Y-Balance Test, Forward Hop Test, Side Hop Test, Drop Vertical Jump und der vertikale Foot Tapping Test. Die Ergebnisse dieser fünf Funktionstests dienten zur Berechnung des Performance Score (PS [14]). Hierfür wurden die z-standardisierten Testergebnisse der operierten Seite aufsummiert, um alle eingeschlossenen Sportler Terzilgruppen zuzuordnen.

Statistik

Aufgrund des explorativen Charakters der Studie wurde keine a-priori Fallzahlplanung durchgeführt. Die Daten wurden mit Hilfe des Shapiro-Wilk Tests auf Normalverteilung geprüft. Unterschiede zwischen den Terzilgruppen wurden mit univariaten Varianzanalysen geprüft. Die Effekte der leistungsabhängigen Gruppenzuordnung auf die mittleren Entladungsraten sowie die Amplituden der Aktionspotenziale der motorischen Einheiten (MUAP) wurden mittels Varianzanalysen mit Messwiederholung (Faktor Muskel) geprüft. Als Post Hoc Test wurde Fisher’s LSD Test verwendet. Die Inferenzstatistik wurde mit den individuellen Mittelwerten der ME (10 Werte je Gruppe) gerechnet. Dadurch wurden die Effekte der Lage einzelner ME in Bezug zur Hautoberfläche reduziert [15], die Unabhängigkeit der Beobachtungen sichergestellt und der Fehler 1. Art reduziert [16].

Ergebnisse

Kollektiv

Es konnten 30 männliche Leistungssportler (Tegner 7/9: 6/24) im Alter zwischen 15 und 36 Jahren eingeschlossen werden ([Tab. 1]). Die Untersuchungen fanden im Median 264 (95% CI: 237–329) Tage nach der Rekonstruktionschirurgie (Transplantat Semitendinosus-Sehne/Patella-Sehne: 28/2) zum Zeitpunkt der Rückkehr in das Mannschaftstraining statt. Der Großteil (n=23) der untersuchten Leistungssportler waren Fußballer (Handball: n=6, Eishockey: n=1). Mehr als die Hälfte (19) der Spieler erlitten die Verletzungen ohne gegnerische Einwirkung. Von den übrigen Verletzungen kamen vier (13%) durch direkten und sieben (23%) durch indirekten gegnerischen Kontakt zustande. Die demografischen Daten, die maximalen Kniestreckmomente und die PS sowie die Anzahl der identifizierten ME der in Terzilgruppen zugeordneten Leistungssportler sind der [Tab. 1] zu entnehmen. Insgesamt konnten in den Signalen 1638 (VM: 748, VL: 890) ME identifiziert werden.

Tab. 1 Demografische Daten mit den Leistungs- und Rekrutierungsergebnissen der Terzilgruppen. Die Werte sind als Mittelwert (Standardabweichung) angegeben.

	Gruppe 1, n=10	Gruppe 2, n=10	Gruppe 3, n=10	ANOVA
Alter (Jahre)	21,8 (5,4)	26,8 (7,0)	25,7 (6,1)	p=0,18
Größe (cm)	182 (6)	183 (7)	187 (6)	p=0,28
Gewicht (kg)	77 (7)	84 (11)	92 (10)	p<0,01
BMI (kg/m²)	23,2 (1,2)	24,9 (1,9)	26,4 (2,4)	p<0,01
Monate post OP	8,7 (1,5)	9,0 (2,3)	10,6 (6,7)	p=0,57
Performance Score ( )	4,3 (2,1)	–0,6 (0,9)	–3,8 (2,0)	–
MVC (Nm/kg)	5,01 (0,60)	4,18 (0,60)	3,60 (0,61)	p<0,001
Anzahl der ME, VM	24 (6)	28 (10)	23 (7)	p=0,41
Anzahl der ME, VL	28 (7)	32 (10)	30 (5)	p=0,48

BMI, Body Mass Index (Körpermasseindex); MVC, Maximum Voluntary Contraction (maximale Willkürkontraktion); ME, motorische Einheit; VM, Musculus vastus medialis; VL, Musculus vastus lateralis

Entladungsraten der motorischen Einheiten

Es konnte keine Interaktion (p=0,32; η²=0,08) zwischen den mittleren Entladungsraten der ME beider Muskeln und der Gruppenzugehörigkeit belegt werden. Beide Haupteffekte waren signifikant (Gruppe: p=0,02; Muskel: p<0,05; [Abb. 2]). Die Post Hoc Tests ergaben signifikant geringere mittlere Entladungsraten der ME der Gruppen 1 (p=0,02) und 2 (p=0,01) verglichen mit der Gruppe 3.

Abb. 2 Entladungsraten und Amplituden der Aktionspotenziale (AP) der identifizierten motorischen Einheiten des M. vastus medialis (VM) als Durchschnittswerte der Einzelpersonen.

Amplitude der Aktionspotenziale der motorischen Einheiten

Es konnte keine Interaktion (p=0,16; η²=0,13) zwischen den Amplituden der Aktionspotenziale der motorischen Einheiten beider Muskeln und der Gruppenzugehörigkeit belegt werden. Beide Haupteffekte waren signifikant (Gruppe: p=0,01; Muskel: p<0,001; [Abb. 2]). Die Post Hoc Tests belegten niedrigere Amplituden der Aktionspotenziale der Gruppe 3 verglichen mit den Gruppen 1 (p=0,003) und 2 (p=0,09).

In der [Abb. 3] sind die Einzelwerte aller identifizierten ME des VM der jeweiligen Gruppen dargestellt. Die Ergebnisse zwischen den Terzilgruppen werden durch Polynome zweiten Grades verdeutlicht ([Abb. 4]).

Abb. 3 Einzelwerte der zentralen (Entladungsraten) und peripheren (Amplituden der Aktionspotenziale, AP) Kennwerte aller identifizierten motorischen Einheiten des M. vastus medialis (VM).

Abb. 4 Polynome zweiten Grades der Entladungsraten mit den Amplituden der Aktionspotenziale (AP) aller identifizierten motorischen Einheiten (ME) des M. vastus medialis (VM) mit dem zugehörigen 95% Konfidenzband dargestellt.

Diskussion

Abriss der wesentlichen Ergebnisse

In dieser Querschnittstudie wurden zentrale und periphere Aktivitätscharakteristika der Vasti-Muskeln von Leistungssportlern nach VKB-Rekonstruktion drei verschiedener Gruppen miteinander verglichen. Die Gruppe, die zum Zeitpunkt der Rückkehr in das Mannschaftstraining eine höhere Leistungsfähigkeit in den Funktionstests erzielte, wies höhere AP-Amplituden der ME auf. Demgegenüber waren bei Sportlern mit funktionellen Defiziten höhere Entladungsraten der ME zu verzeichnen. Diese Unterschiede waren am VM ausgeprägter als am VL. Dies lässt darauf schließen, dass neuromuskuläre Kompensationen sich in differenten zentralen und peripheren Adaptationen infolge der Strukturzerstörung des VKB (Verlust hoch wichtiger Mechanosensoren) widerspiegeln.

Ist das untersuchte Kollektiv repräsentativ?

Das Aktivitätsniveau des untersuchten Kollektivs ist grundsätzlich vergleichbar [8] [9] mit anderen untersuchten Sportlern nach VKB-Rekonstruktion, allerdings bei unterschiedlichen Untersuchungszeitpunkten. Die Qualität der Zerlegung des Mischsignals in vorhandene ME (Anzahl) beider Muskeln kann als hoch eingeschätzt werden und war vergleichbar zwischen den untersuchten Gruppen sowie mit denen trainierter unverletzter Sportler (n=10 [17]). Die deutlich höhere Anzahl identifizierter ME als in der Untersuchung von Sherman et al. [9] lässt sich mit der Kontraktionsintensität (70 und 100% MVC) erklären. Je höher die Kontraktionsintensität, desto eingeschränkter und ungenauer die Ergebnisse der Dekomposition (Zerlegung des Mischsignals in einzelne ME). Die Detektion einer repräsentativen Anzahl vorhandener ME nach einer VKB-Rekonstruktion spricht gegen eine protektive arthrogene Muskelinhibition, durch die die Rekonditionierung des Kniestreckapparates beeinträchtigt sein kann [18]. Aufgrund der zu erwartenden Muskelatrophie des Quadriceps nach einer VKB-Rekonstruktion [19] müssen höhere Kniestreckkräfte über Anpassungen des neuralen Antriebs realisiert werden [20]. Dies sollte bei Mannschaftssportlern mit maximalen Kniestreckmomenten von>3 Nm/kg zu erwarten sein [21]. In unserem Kollektiv erreichte nur ein Sportler (2,66 Nm/kg) diese Untergrenze nicht. Die Rehabilitation des untersuchten Kollektivs dauerte im Median 59 Tage länger als der Profifußballer der UEFA-Studie [1] und war jedoch vergleichbar mit den Angaben der Fußballspieler auf nationaler Ebene [2].

Wie lassen sich Anpassungen der Entladungsraten des Motoneurons erklären?

Die Erzeugung und Kontrolle der Kontraktionskraft eines Muskels wird sowohl über die Variation der Entladungsrate des Motoneurons bereits rekrutierter ME als auch von der Rekrutierung (Zuschalten) zusätzlicher ME realisiert. Die Beeinflussung der Entladungsraten bereits rekrutierter ME erfolgt mit Hilfe erregender und hemmender synaptischer Informationen an den Motoneuronpool aus absteigenden supraspinalen Bahnen, spinalen Interneuronen sowie Muskelafferenzen. Bei einem Training oder Re-Konditionieren der Muskulatur finden die Anpassungen zunächst auf neuronaler Ebene statt bevor morphologische Adaptationen zu erwarten sind [22]. Experimentell konnte das durch einen Re-Test sieben Tage nach der Initialmessung am VL belegt werden. Die MVC sowie die durchschnittlichen Entladungsraten der ME während der MVC waren im zweiten Test erhöht (n=15 [23]). Durch ein 8-wöchiges isometrisches unilaterales (n=10 [24]) oder dynamisches hoch-intensives Krafttraining (n=16 [25]) hingegen blieben die mittlere Entladungsraten des VL bei jungen Männern unverändert. Daher konnte angenommen werden, dass der gemessene Kraftzuwachs nach zwei Monaten aufgrund der Hypertrophie von Typ-II Muskelfasern höherschwelliger ME zustande gekommen ist. Sterczala et al. [25] führten derartige Untersuchungen mit einer Kontraktionsintensität von 70% MVC durch. Es könnten höhere Entladungsraten und somit ein verstärkter neuraler Antrieb die fehlende Rekrutierung größerer ME kompensieren und somit die notwendige Kraftkontrolle sicherstellen. Dies wird gestützt durch die deutlich geringeren maximalen Streckkräfte der in den Funktionstests leistungsschwächeren Athleten (Gruppe 3). Geringere Entladungsraten der ME des VL auf der operierten Seite konnten mit Kraftdefiziten bei Fußballspielern im Mittel 8 Monate nach VKB-Rekonstruktion (n=9 [8]) assoziiert werden. Am hier untersuchten Kollektiv konnte gezeigt werden, dass Sportler nach einer VKB-Ruptur und Rekonstruktion in der Lage sind, die Entladungsraten knieführender Muskeln hochzuregulieren. Dies scheint allerdings insbesondere auf den VM und vor allem die in den Funktionstests als leistungsschwächer identifizierten Sportler (Gruppe 3) zuzutreffen. Niedrigere Entladungsraten der ME (Gruppen 1 und 2) lassen sich zum einen mit der Rekrutierung zusätzlicher ME erklären. Andererseits konnte gezeigt werden, dass niedrigere Entladungsraten der ME mit einer geringeren Kniestreckkraft im Alter assoziiert sind [26]. Dies kann jedoch bei dem hier untersuchten Kollektiv ausgeschlossen werden. Ferner konnten die Entladungsraten der ME mit metabolischen [27] und mechanischen [28] Eigenschaften des kontraktilen Apparates knieführender Muskeln in Zusammenhang gebracht werden. Demnach könnten Defizite des kontraktilen Apparates durch eine Erhöhung der Entladungsraten ausgeglichen werden (Gruppe 3).

Welche Faktoren tragen zur Amplitude der Aktionspotenziale der motorischen Einheiten bei?

Die an der Hautoberfläche gemessenen AP-Amplituden werden unter anderem von den im Erfassungsgebiet der Elektrode aktivierten Muskelfasern und deren Querschnitt determiniert. Demnach führen eine höhere Anzahl und größere Querschnitte aktivierter Muskelfasern zu höheren AP-Amplituden. Des Weiteren haben die Muskelfasertypologie sowie die Synchronisation der Entladungsraten unterschiedlicher ME einen Einfluss auf die gemessenen AP-Amplituden. Die Muskelfasern schneller kontrahierender ME sind im Vergleich zu langsameren in der Lage, höhere AP-Amplituden [29] zu erzeugen. Dabei weisen schneller kontrahierende ME eine höhere Anzahl innervierter Muskelfasern auf [30] und können somit auch mit ähnlichen Faserquerschnitten höhere Kräfte erzeugen. Das Ausmaß der Synchronisation verschiedener ME kann durch unterschiedliche Trainingsinterventionen gesteigert werden [31]. Da alle untersuchten Athleten Berufssportler waren und die Tests im Anschluss an die Rehabilitation stattfanden, kann angenommen werden, dass der Grad der Synchronisation der ME zwischen den Athleten vergleichbar war. Daher könnten vor allem eine höhere Anzahl innervierter Muskelfasern (Innervationsverhältnis) die höheren AP-Amplituden der ME (vor allem der Gruppe 1) erklären.

Durch ein 8-wöchiges hoch-intensives Krafttraining mit männlichen Freizeitsportlern (n=10) konnte gezeigt werden, dass die Querschnittsänderung des VL mit höheren AP-Amplituden der ME erklärt werden konnte [32]. Die angegebenen Maximalwerte der gemessenen AP-Amplituden (0,154–0,786 mV) sowie der Wertebereich der MVC-Werte (599–970 N) waren mit denen unserer leistungsstärksten Terzilgruppe (Gruppe 1; 0,049–0,628 mV; 669–1024 N) vergleichbar. Diese Ergebnisse belegen die Validität der nicht-invasiven Technologie, indirekt Rückschlüsse auf die Muskelmorphologie zu ziehen. Somit kann angenommen werden, dass den höheren AP-Amplituden der Gruppe 1 auch größere Muskelfaserquerschnitte zu Grunde gelegen haben und unterstreichen damit die Trainingsanpassungen sowie die erfolgreiche Rehabilitation. Die hier vorgestellten Ergebnisse von Profisportlern stimmen nicht mit den Resultaten anderer Arbeitsgruppen überein, die geringere AP-Amplituden der knieführenden Muskeln berichten und dies auf eine persistierende arthrogene Muskelinhibition zurückführen [33]. Eine weitere mögliche Erklärung für die erhöhten AP-Amplituden (Gruppe 1) ist die Muskelfasertypverschiebung nach einer traumatischen Gelenkverletzung, da wahrscheinlich schnelle Muskelfasern von langsamen Motoneuronen übernommen worden sind. Neben einer vermehrten Ansammlung von Bindegewebe im Muskel (n=10 [34]) konnte die Arbeitsgruppe um Noehren (n=10 [35]) eine mittlere Reduktion der Anzahl vor allem der Typ-IIa zugunsten der Typ-IIa/x Fasern nach der VKB-Rekonstruktionschirurgie und Rehabilitation belegen. Diese Fasertransformation der Typ-IIa zu Typ-IIa/x Muskelfasern führten sie auf die persistierende Dysfunktion der Gamma-Schleife nach VKB-Rekonstruktion (n=18 [36]) zurück. Eine Verschiebung der Muskelfasern zugunsten der Typ-IIx Fasern konnte bereits als Anpassung an eine Trainingspause [37] oder Inaktivität [38] dokumentiert werden. Demnach scheint es den Athleten der Gruppe 1 gelungen zu sein, die vermutlich aufgetretene Muskelfasertypverschiebung während der Rehabilitation wieder zurück zur Typ-IIa Muskelfaser mit einem größeren Faserquerschnitt [39] [40] zu transformieren. Damit ließen sich u.U. die höheren AP-Amplituden (Gruppe 1) erklären. Technisch gesehen kann ein Effekt des subkutanen Gewebes der Sportler der Gruppe 3 nicht ausgeschlossen werden. Das Unterhautfettgewebe wirkt auf die elektrischen Signale wie ein Tiefpassfilter und dämpft somit deren Amplitude.

Obwohl sich die in den Terzilgruppen untersuchten Mannschaftssportler hinsichtlich der Dauer der Rehabilitation nach der VKB-Operation nicht unterschieden, konnten in den dekompositionierten EMG-Signalen teilweise deutliche Unterschiede auf verschiedenen Ebenen der neuromuskulären Funktion belegt werden. So, als wären die Sportler in unterschiedlichen Stadien des Rehabilitationsprozesses. Insgesamt stützen diese Untersuchungsergebnisse einen individualisierten und funktions-orientierten Ansatz der Rehabilitation nach VKB-Verletzung und Rekonstruktion. Die Erfassung vielfältiger Funktionsmarker scheint vor allem bei Leistungssportlern sinnvoll und notwendig, um den aktuellen Leistungszustand zu beurteilen und eine optimale Funktionswiederherstellung zum Zeitpunkt der Rückkehr in den Sport zu garantieren.

Schlussfolgerung

Sportler mit funktionellen Defiziten kompensieren mit erhöhten Entladungsraten (zentraler Marker) der ME, während leistungsfähigere Athleten höhere AP-Amplituden (peripherer Marker) der ME aufweisen. Neuromuskuläre Adaptationen infolge der Strukturzerstörung des VKB finden leistungsabhängig auf unterschiedlichen Ebenen des sensomotorischen Systems statt.

Limitationen

Das untersuchte Kollektiv bestand ausschließlich aus professionellen männlichen Spielsportlern. Inwieweit sich diese Resultate auf Freizeit- oder Amateursportler übertragen lassen, bleibt ebenso unklar, wie der Transfer auf weibliche Athleten. Des Weiteren wurden die eingeschlossenen Sportler in unterschiedlichen Zentren operiert und rehabilitiert. Entsprechend können zu den Nachbehandlungsprotokollen keine Aussagen gemacht werden. Die Muskelaktivität wurde während einer submaximalen Kontraktionsintensität (40%) und unter isometrischen Bedingungen erfasst. Folglich ist die Übertragbarkeit auf höhere Intensitäten und dynamische Aufgaben eingeschränkt. Weiterhin ist bei Vergleichen mit Ergebnissen anderer Messsysteme und EMG-Signal Dekompositionsverfahren äußerste Vorsicht geboten.

Interessenkonflikt

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Danksagung

Die Autoren bedanken sich bei Dr. Steven Lindley (Delsys Europe) für seine kontinuierliche Unterstützung über die Jahre.

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Publication History

Received: 19 June 2025

Accepted after revision: 23 January 2026

Article published online:
24 February 2026