SEMS-journal
Original article
published online on 24.08.2020https://doi.org/10.34045/SEMS/2020/19
Create PDF from online article

Barbell strength training for non-specific low back pain rehabilitation: a prospective case series

sports physiotherapy spine

Langhantelgestütztes Krafttraining zur Therapie von unspezifischen Rückenschmerzen: Eine prospektive Fallserie

Sandau Ingo1, Blau Bastian2, Witt Maren2
1 Institut für Angewandte Trainingswissenschaft, Fachgruppe Gewichtheben, Leipzig
2 Institut für Allgemeine Bewegungs- und Trainingswissenschaft, Universität Leipzig, Leipzig

Abstract

Non-specific low back pain is considered a widespread disease and therefore leads to a high financial burden on the health care system. Among other things, reduced muscle strength of the trunk extensors is discussed as major risk factor. Therefore, the aim of the study was to examine the influence of a barbell training on the strength capacity of the trunk muscles and on the pain-related restrictions in the everyday life of low back pain patients. Nine patients (3 female, 6 male) carried out a barbell training for 8 weeks. Before and after the intervention, the isometric force of trunk flexion and trunk extension was measured. In addition, the determination of the pain-related restrictions in everyday life was assessed using a questionnaire. The barbell training led to a significant reduction in pain-related restrictions of everyday life (–12.5 %points, –63.7%). At the same time, the force-output for trunk extension (151.0 N, +30.7%) and trunk flexion (111.9 N, +25.9%) increased significantly. The correlation analysis showed that the decrease in pain-related restrictions of everyday life is highly correlated with the increased force-output of trunk extension. Furthermore, it became clear that a low flexion-extension ratio in the trunk seems typical in low back pain patients. In conclusion, it can be stated that a barbell training is suitable to the therapy of non-specific low back pain.

Zusammenfassung

Unspezifische Rückenschmerzen im Lumbalbereich gelten als Volkskrankheit und führen deshalb zu einer hohen finanziellen Belastung für das Gesundheitssystem. Als Ursache wird u.a. eine reduzierte Muskelkraft der Rumpf-Extensoren diskutiert. Die Untersuchung sollte überprüfen, welchen Einfluss ein lastorientiertes Langhanteltraining auf die Kraftfähigkeit der Rumpfmuskulatur und auf die schmerzbedingten Einschränkungen im Alltag von Rückenschmerzpatienten hat. Über 8 Wochen führten 9 Patienten (3 weiblich, 6 männlich) ein lastorientiertes Langhanteltraining aus. Vor und nach der Intervention erfolgte die Kraftmessung für die Rumpf-Flexion und die Rumpf-Extension sowie die Bestimmung der schmerzbedingten Alltagseinschränkungen über einen Fragebogen. Das Langhanteltraining führte zu einer signifikanten Reduktion der schmerzbedingten Alltagseinschränkungen (–12.5 %Punkte, –63.7%). Gleichzeitig erhöhten sich signifikant die Kraftwerte für die Rumpf-Extension (151.0 N, +30.7%) und Rumpf-Flexion (111.9 N, +25.9%). Die Zusammenhangsanalyse ergab, dass die Reduktion der schmerzbedingten Alltagseinschränkungen in einem hohen Zusammenhang mit den gestiegenen Kraftwerten für die Rumpf-Extension stehen. Weiterhin wurde deutlich, dass ein geringes Beuger-Strecker-Verhältnis im Rumpf ein typisches Phänomen bei Rückenschmerzpatienten zu sein scheint. Als Fazit ist zu konstatieren, dass ein lastorientiertes Langhanteltraining einen Beitrag in der Therapie von unspezifischen Rückenschmerzen leisten kann.

Einleitung

In Deutschland leiden zwischen 74 und 85% der Bevölkerung mindestens einmal im Leben unter Rückenschmerzen [1]. Aufgrund der weiten Verbreitung von Rückenschmerzen (ICD-10-GM: M54) in der Bevölkerung, entstanden dem deutschen Gesundheitssystem im Jahr 2015 Kosten in Höhe von knapp 4.5 Mrd. Euro [2]. Die Techniker Krankenkasse gibt zudem für das Jahr 2018 je Krankheitsfall 14.1 Arbeitsunfähigkeitstage aufgrund der Einschränkungen dieses Krankheitsbildes an [3]. Auch für die Schweiz stellen Rückenschmerzen ein bedeutendes Gesundheitsproblem dar [4], deren jährliche Kosten für das Gesundheitssystem auf umgerechnet ca. 3.4 Mrd. Euro geschätzt werden [5]. Die Prävention und vor allem die schnelle Rehabilitation dieser Beschwerden ist deshalb aus medizinischer und wirtschaftlicher Sicht ein relevanter Faktor.
Bei 85% der Betroffenen ist die Ursache für die Rückenschmerzen im Lumbalbereich unbekannt, weshalb diese als unspezifische Rückenschmerzen (UR) bezeichnet werden [6]. Als eine mögliche Ursache wird die reduzierte muskuläre Stabilität der Wirbelsäule diskutiert [7]. Die ungenügende Muskelkraft im unteren Rücken und in den unteren Extremitäten kann mit der Prävalenz von UR in Zusammenhang gebracht werden [8,9]. Ein Training zur Kräftigung und zur verbesserten neuromuskulären Kontrolle dieser Muskelgruppen wird deshalb als Teil einer komplexen Behandlungsstrategie zur Therapie von UR empfohlen [10].
Das Krafttraining zur Behandlung von UR besteht vorrangig aus einem maschinengestützten [11] oder einem mehrgelenkig-funktionellen Training gegen geringe Widerstände [12]. Trotz der nachgewiesenen Effekte des lastorientierten Langhanteltrainings (Kniebeuge, Kreuzheben) auf die Aktivierung der Muskeln in den unteren Extremitäten und im Rumpf (globales und lokales Muskelsystem) [13,14] werden diese Übungen selten in Therapiekonzepten genutzt. Zudem existieren nur wenige Untersuchungen, die eine Wirksamkeit hinsichtlich der Behandlung von UR belegen [15,16,17]. Das Anliegen der vorliegenden Studie war es, zu prüfen, wie sich ein lastorientiertes Langhanteltraining auf die Therapie von UR auswirkt. Es wird angenommen, dass die Trainingsintervention die schmerzbedingten Einschränkungen im Alltag reduziert.

Methodik

Teilnehmer

Für die Untersuchung wurden 9 Freizeitsportler (3 weiblich, 6 männlich, Alter: 49.5 ± 6.3 Jahre) mit UR aus einem Fitnessstudio rekrutiert, die keine Vorerfahrung mit dem Langhanteltraining hatten. Die Teilnehmer gaben eine individuelle Schmerzhistorie von 2 Monaten bis 38 Jahren an. Die Beschwerden der Teilnehmer waren mittelgradig ausgeprägt, sodass die zweckmässige Ausführung der Trainingsübungen gewährleistet werden konnte. Als Ausschlusskriterien galten: Vorerkrankungen des Bewegungsapparates, zurückliegende Operationen am Rücken, der Konsum von Schmerzmitteln zum Zeitpunkt der Studie sowie starke Bewegungseinschränkungen durch UR. Kein Studienteilnehmer musste von der Studie ausgeschlossen werden. Vor der Untersuchung wurden die Teilnehmer ausführlich über das Ziel der Studie sowie die Trainingsintervention informiert und haben eine Informations- und Einverständniserklärung unterzeichnet.

Untersuchungsablauf

Alle Teilnehmer wurden vor der ersten Trainingseinheit in einem individuellen Erstgespräch unter der Leitung eines erfahrenen Trainers mit der korrekten Ausführung der Erwärmungs- und Langhantelübungen vertraut gemacht. Im Anschluss wurde in jeder Langhantelübung mit einem Laststufentest – unter Beachtung einer hohen Bewegungsqualität – das Achter-Wiederholungs-Maximum bestimmt. Die ermittelte Last diente als Startgewicht für das Training mit den Langhantelübungen. Die Intervention wurde für 8 Wochen mit 1–2 Trainingseinheiten konzipiert. Den gesamten Trainingsprozess führten die Teilnehmer selbstständig aus. Bei Bedarf konnte jederzeit ein individuelles Coaching durch einen geschulten Trainer in Anspruch genommen werden. Das individuelle Training begann mit einer standardisierten submaximalen Erwärmung (10 Minuten Radergometer, 5 Minuten Ganzkörpermobilisation) gefolgt von einem ca. 40-minütigen Hauptteil. Der Hauptteil begann mit der Nackenkniebeuge (ca. 90° Kniewinkel, limitiert durch Box), gefolgt vom Kreuzheben, dem Flachbankdrücken und dem beidarmig vorgebeugten Rudern. Die Pause zwischen den Übungen wurde auf 3 Minuten festgelegt. In der ersten Trainingseinheit wurden mit dem jeweiligen Startgewicht pro Übung 3 Sätze mit 8 Wiederholungen absolviert. Die Pause zwischen den Übungen und den Sätzen war 3 Minuten. In den folgenden Trainingseinheiten erfolgte bei identischem Gewicht zunächst nur die Steigerung der Wiederholungen. Eine selbstständige Laststeigerung in der Übung erfolgte erst, sobald in einer der folgenden Trainingseinheiten mehr als 12 Wiederholungen je Satz absolviert werden konnten.

Datenerhebung

Die Untersuchung wurde als prä-post-Design angelegt. Zur Überprüfung der Wirksamkeit des Trainings auf die Reduktion der UR wurde vor und unmittelbar nach der Intervention die deutsche Version des Oswestry Disability Index (ODI) genutzt. Dieser Fragebogen bewertet die schmerzbedingte Einschränkung im Alltag auf einer Skala von 0% (keine Einschränkung) bis 100% (bettlägerig). Weiterhin erfolgte vor und nach der Intervention die Bestimmung der Kraftfähigkeit im Rumpf anhand der maximalen isometrischen Kraftwerte* für die Extension und Flexion am EasyTorque (TONUS sports & reha GmbH). Aus den Kraftwerten für die Flexion und Extension wurde das Beuger-Strecker-Verhältnis (BSV) für den Rumpf bestimmt.

* Der EasyTorque misst das isometrische Drehmoment und gibt den entsprechenden Kraftwert in Newton aus.

Statistik

Alle deskriptiven Daten werden als Mittelwert ± Standardabweichung berichtet (Tab. 1). Die Prüfung auf Unterschiede von prä zu post wurde mittels exaktem Wilcoxon-Test durchgeführt und die Effektgrösse (r) mit den 95%-igen Konfidenzlimits berechnet. Nach den Konventionen von Cohen [18] entspricht |r| ≥ 0.1 einem kleinen, |r| ≥ 0.3 mittleren und |r| ≥ 0.5 einem grossen Effekt. Das Signifikanzniveau lag bei α = 5%. Eine Zusammenhangsprüfung zwischen den einzelnen Variablen erfolgte über Kendalls Tau (Τ) mit 95%-igen Konfidenzlimits. Die Einordung der Stärke des Zusammenhangs ist analog zur Effektgrösse r. Alle statistischen Kenngrössen wurden in R oder Excel 2016 berechnet.

Ergebnisse

Über den Trainingszeitraum wurden 11.2 ± 2.3 Trainingseinheiten absolviert. Die Krafttrainingsintervention führte zu einer signifikanten Reduktion des ODI (Z = –2.31; p = 0.019; r = 0.56 [0.33;0.63]). Die Kraft für die Rumpf-Flexion (Z = –2.06; p = 0.039; r = –0.50 [–0.63;–0.13]) und die Rumpf-Extension (Z = –2.66; p = 0.007; r = –0.60 [–0.63;–0.46]) erhöhte sich signifikant. Bezüglich des BSV war kein signifikanter Unterschied zwischen den Messzeitpunkten vorhanden (Z = –0.34; p = 0.730; r = –0.10 [–0.63;–0.13]) (Tab. 1).

Tabelle 1: Deskriptive Übersicht der abhängigen Variablen (abs. = absolute, proz. = prozentuale)

Neben der Unterschiedsprüfung wurde eine Zusammenhangsanalyse für die Variablen durchgeführt.

Abbildung 1: Korrelationsmatrizen für die Eingangsdaten (A) sowie für die Differenzwerte der Ausgangsdaten (B). Korrelationskoeffizienten dargestellt als T [unteres Konfidenzlimit; oberes Konfidenzlimit]. TE = Trainingseinheiten, Diff = Differenz, Ex = Rumpf-Extension, Flex = Rumpf-Flexion.


Aus der Korrelationsmatrix für die Eingangsdaten geht ein hoher positiver Zusammenhang zwischen den prä-Werten der Kraft für die Rumpf-Flexion und der Kraft für die Rumpf-Extension hervor (Abb. 1). Weiterhin steht die Länge der Schmerzhistorie in einem hohen negativen Zusammenhang mit dem Eingangswert der Kraft für die Rumpf-Extension. Es besteht dagegen keine relevante Abhängigkeit zwischen dem Alter der Patienten und den Eingangsdaten.
Die Korrelationsmatrix für die Ausgangsdaten zeigt einen mittelgrossen negativen Zusammenhang zwischen der Anzahl der absolvierten Trainingseinheiten und der Länge der Schmerzhistorie (Abb. 1). Die Reduktion des ODI steht in hoher Korrelation mit dem Zuwachs der Kraft für die Rumpf-Extension.

Diskussion

Die Untersuchung hatte zum Ziel, die Wirksamkeit des lastorientierten Langhanteltrainings zur Therapie von UR zu überprüfen. Die Trainingsintervention führte zu einer deutlichen Reduktion schmerzbedingter Einschränkungen im Alltag (ODI) von –63.3% bei gleichzeitiger Steigerung der Kraft für die Rumpf-Extension und Rumpf-Flexion. Ein vergleichbares Ergebnis (ODI –76%) erzielten Welch et al. [16] nach 16 Wochen Langhanteltraining bei 26 Freizeitsportlern (Alter 39.6 Jahre) mit UR. Zudem wurde in einer randomisiert kontrollierten Trainingsstudie von Aasa et al. [15] die Überlegenheit des lastorientierten Kreuzhebens gegenüber funktionellen Ganzkörperübungen mit dem eigenen Körpergewicht auf die Schmerzwahrnehmung (Visuelle Analogskala) bei 35 Freizeitsportlern (Alter 42 Jahre) mit UR nachgewiesen. Im Gegensatz zum Langhanteltraining wurde für ein maschinengestütztes Krafttraining in einer randomisiert kontrollierten Studie über 12 Wochen bei 30 Freizeitsportlern mit UR (Alter 57.5 Jahre) eine Verringerung des ODI von nur 40–46% berichtet [19]. Ein lastorientiertes Langhanteltraining mit den Übungen Kreuzheben und Nackenkniebeuge kann deshalb als effektives Mittel zur Behandlung von UR eingeschätzt werden. Die Reduktion des ODI ist auch in unserer Studie auf den Kraftzuwachs der Rumpf-Extension zurückzuführen. Dieser Zusammenhang bestätigt erneut, dass in der Therapie von UR die Kräftigung der Rumpf-Extensoren einen wichtigen Stellenwert besitzt [20] und gleichzeitig ein starker Rücken den UR vorbeugen kann. Neben der quantitativ messbaren Kraftsteigerung ist zudem anzunehmen, dass die Reduktion des ODI auch über die gesteigerte Bewegungskompetenz im Umgang mit Zusatzlasten hervorgerufen wurde.
Als ein weiteres Indiz für die abgeschwächte Rückenmuskulatur bei Personen mit UR ist das hohe BSV zu werten. In der sitzenden Position wird für gesunde Erwachsene ein isometrisches BSV von ca. 49% berichtet (Flexion 443.4 N: Extension 910.5 N) [21]. Ein vergleichbarer Kraftwert für die Rumpf-Flexion (431.3 N) konnte in unserer Untersuchung als Eingangswert gemessen werden. Der Eingangswert für die Kraft der Rumpf-Extension (491.3 N) ist dagegen deutlich geringer als in der Studie von Kocjan und Sarabon [21], woraus ein hohes BSV resultiert. Ein hohes BSV durch verhältnismässig stärkere Rumpf-Flexoren wurde bereits in anderen Studien bei Patienten mit UR beobachtet [20,22].
Obwohl das Langhanteltraining vordergründig auf die Rumpf-Extensoren ausgelegt war, zeigte sich ebenfalls eine Kraftsteigerung der Rumpf-Flexoren. Dieser Effekt ist auf die Aktivierung der Bauchmuskulatur bei komplexen Langhantelübungen zurückzuführen [23]. Das Ergebnis unterstreicht die Effektivität des lastorientierten Langhanteltrainings in Bezug auf Trainingseffekte für den gesamten Stütz- und Bewegungsapparat.
Als Limitierungen der Untersuchung muss das gewählte Studiendesign, die geringe Probandenzahl und die sehr heterogene Gruppe erwähnt werden. Die ermittelten Effekte haben einen präliminären Charakter, weshalb weiterführende randomisiert kontrollierte Studien notwendig sind, um die Wirksamkeit des lastorientierten Langhanteltrainings zu belegen. Weiterhin ist die ungleiche Anzahl der Trainingseinheiten von den Teilnehmern als kritisch zu bewerten. Obwohl die Anzahl der Trainingseinheiten keinen Zusammenhang zu den trainingsbedingten Veränderungen aufzeigte, kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein Effekt auf das Ergebnis vorhanden war. Die Anzahl der absolvierten Trainingseinheiten stand in einem negativen Zusammenhang zur Schmerzhistorie. Es ist somit anzunehmen, dass Teilnehmer mit bereits chronisch ausgeprägten UR das Training konservativer ausgeführt haben und deswegen weniger Trainingseinheiten absolvierten.
Abschliessend sei erwähnt, dass ein lastorientiertes Langhanteltraining bei fehlerhafter Bewegungsausführung zu Überlastungen und Verletzungen führen kann. Besonders für den therapeutischen Einsatz empfiehlt sich daher, das Langhanteltraining nur unter Einweisung durch geschultes Personal anzuwenden.

Praktische Ableitungen

  • Die reduzierte Kraftfähigkeit der Rumpf-Extensoren ist ein Faktor für die Entstehung von unspezifischen Rückenschmerzen.
  • Das lastorientierte freie Langhanteltraining ist geeignet, die Kraftfähigkeit der Rumpf-Extensoren innerhalb von 8 Wochen signifikant zu steigern.
  • Kraftzuwächse für die Rumpf-Extension führen zu einer Reduktion schmerzbedingter Einschränkungen im Alltag.
  • Innerhalb eines Trainingskonzepts zur Rehabilitation oder Prävention von unspezifischen Rückenschmerzen sollte das lastorientierte Langhanteltraining einen festen Platz einnehmen.

Anmerkungen und Interessenkonflikt

Die vorliegende Studie stellt die Arbeitsergebnisse der Abschlussarbeit von Bastian Blau (2019) an der Sportwissenschaftlichen Fakultät der Universität dar. Als Betreuer und Gutachter fungierten Dr. Bernd Hoffmann (Uni Leipzig) und Dr. Ingo Sandau (IAT Leipzig). Ein besonderer Dank gebührt den Teilnehmern der Untersuchung sowie dem Verein SC DHfK e. V. für die Bereitstellung der Räumlichkeiten.

Für keinen der Autoren besteht ein Interessenkonflikt.

Korrespondenzadresse

Dr. Ingo Sandau
Marschnerstraße 29
04109 Leipzig
Tel: +49 341 4945317
E-Mail: sandau@iat.uni-leipzig.de

Literatur

  1. Robert Koch-Institut (Hrsg.) Rückenschmerzen. Gesundheitsberichterstattung des Bundes. Heft 53. Berlin: RKI; 2012.
  2. Statistisches Bundesamt Krankheitskosten in Mio. € für Deutschland. Gliederungsmerkmale: Jahre, Alter, Geschlecht, ICD10 2015 [Available from: http://www.gbe-bund.de.
  3. Grobe T, Steinmann S. Gesundheitsreport 2019 – Arbeitsunfähigkeiten. Hamburg: Techniker Krankenkasse; 2019.
  4. Wieser S, Horisberger B, Schmidhauser S, Eisenring C, Brügger U, Ruckstuhl A, et al. Cost of low back pain in Switzerland in 2005. Eur J Health Econ. 2011;12(5):455-67.
  5. Wieser S, Tomonaga Y, Riguzzi M, Fischer B, Telser H, Pletscher M, et al. Die Kosten der nichtübertragbaren Krankheiten in der Schweiz: Schlussbericht. Winterthur: Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften; 2014.
  6. Refshauge KM, Maher CG. Low back pain investigations and prognosis: a review. Br J Sports Med. 2006;40(6):494-8.
  7. Russo M, Deckers K, Eldabe S, Kiesel K, Gilligan C, Vieceli J, et al. Muscle control and non-specific chronic low back pain. Neuromodulation. 2018;21(1):1-9.
  8. de Sousa CS, de Jesus FLA, Machado MB, Ferreira G, Ayres IGT, de Aquino LM, et al. Lower limb muscle strength in patients with low back pain: a systematic review and meta-analysis. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2019;19(1):69-78.
  9. Sjolie AN, Ljunggren AE. The significance of high lumbar mobility and low lumbar strength for current and future low back pain in adolescents. Spine. 2001;26(23):2629-36.
  10. Kristensen J, Franklyn-Miller A. Resistance training in musculoskeletal rehabilitation: a systematic review. Br J Sports Med. 2012;46(10):719-26.
  11. Berry DB, Padwal J, Johnson S, Englund EK, Ward SR, Shahidi B. The effect of high-intensity resistance exercise on lumbar musculature in patients with low back pain: a preliminary study. BMC Musculoskelet Disord. 2019;20(1):290.
  12. Iversen VM, Vasseljen O, Mork PJ, Berthelsen IR, Borke JB, Berheussen GF, et al. Resistance training in addition to multidisciplinary rehabilitation for patients with chronic pain in the low back: Study protocol. Contemp Clin Trials Commun. 2017;6:115-21.
  13. Nuzzo JL, McCaulley GO, Cormie P, Cavill MJ, McBride JM. Trunk muscle activity during stability ball and free weight exercises. J Strength Cond Res. 2008;22(1):95-102.
  14. Clark DR, Lambert MI, Hunter AM. Muscle activation in the loaded free barbell squat: a brief review. Journal of Strength and Conditioning Research. 2012;26(4):1169-78.
  15. Aasa B, Berglund L, Michaelson P, Aasa U. Individualized low-load motor control exercises and education versus a high-load lifting exercise and education to improve activity, pain intensity, and physical performance in patients with low back pain: a randomized controlled trial. J Orthop Sports Phys Ther. 2015;45(2):77-85, b1-4.
  16. Welch N, Moran K, Antony J, Richter C, Marshall B, Coyle J, et al. The effects of a free-weight-based resistance training intervention on pain, squat biomechanics and MRI-defined lumbar fat infiltration and functional cross-sectional area in those with chronic low back. BMJ Open Sport Exerc Med. 2015;1(1):e000050.
  17. Berglund L, Aasa B, Hellqvist J, Michaelson P, Aasa U. Which patients with low back pain benefit from deadlift training? J Strength Cond Res. 2015;29(7):1803-11.
  18. Cohen J. Statistical power analysis for the behavioral sciences. 2 ed. Hillsdale: Erlbaum; 1988.
  19. Jackson JK, Shepherd TR, Kell RT. The influence of periodized resistance training on recreationally active males with chronic nonspecific low back pain. J Strength Cond Res. 2011;25(1):242-51.
  20. Cho SH, Park SY. Immediate effects of isometric trunk stabilization exercises with suspension device on flexion extension ratio and strength in chronic low back pain patientss. J Back Musculoskelet Rehabil. 2019;32(3):431-6.
  21. Kocjan A, Sarabon N. Assessment of Isometric Trunk Strength – The Relevance of Body Position and Relationship between Planes of Movement. J Sports Sci Med. 2014;13(2):365-70.
  22. Bernard JC, Boudokhane S, Pujol A, Chaleat-Valayer E, Le Blay G, Deceuninck J. Isokinetic trunk muscle performance in pre-teens and teens with and without back pain. Ann Phys Rehabil Med. 2014;57(1):38-54.
  23. Hamlyn N, Behm DG, Young WB. Trunk muscle activation during dynamic weight-training exercises and isometric instability activities. Journal of Strength and Conditioning Research. 2007;21(4):1108-12.

Related Posts

Comments are closed.