Power Plate: Wie funktioniert Vibrationstraining?

Lokales Vibrationstraining sorgt bei älteren Menschen laut aktueller Forschung der Katholischen Universität Leuven[1] für etwas mehr Kraft. Für mich ein Anlass, einmal tiefer in das Prinzip des Vibrationstrainings und in die Studien zu dessen Wirksamkeit einzutauchen.

Vibrationstraining

Ehrlich gesagt habe ich die sogenannten Powerplates (Vibrationsplattformen/Vibrationsplatten) und die Menschen, die sie nutzen, immer ziemlich skeptisch, sogar herablassend betrachtet. Ohne mich auch nur eine Sekunde damit zu beschäftigen, hatte ich das Phänomen bereits als das nächste Mittel der Kommerzialisierung abgetan, bei dem geschickt die Natur vieler Menschen ausgenutzt wird: alles haben zu wollen, aber möglichst wenig dafür tun zu wollen. Ein bisschen wie sogenannte Fatburner, die jedes Jahr Millionen einbringen, dank Menschen, die nicht bereit sind, auf ihre Ernährung zu achten oder sich genug zu bewegen, aber trotzdem ihre Traumfigur haben wollen.

Ja, ich war voreingenommen und sah das Ganze ziemlich schwarz. Möglicherweise zu Unrecht, wie sich zeigt, denn theoretisch spricht doch einiges für Vibrationsplatten. Lies auch die anderen Teile:

Teil 2: Vibrationstraining und Kraft

Teil 3: Vibrationstraining und Abnehmen

Geschichte des Vibrationstrainings

Vibrationstraining ist nicht erst in den letzten Jahren entstanden. In der Zeit von 1880 bis 1900 arbeitete John Harvey Kellog (ja, der von den Cornflakes) bereits mit vibrierenden Stühlen und Plattformen in seinem Sanatorium in Michigan, USA [2,3]. Ab den sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts kamen die Entwicklungen vor allem aus Ostdeutschland und Russland [4,5]. In Russland wurde zu praktischen Anwendungen für Athleten geforscht [3,5] und mit Astronauten (oder eigentlich "Kosmonauten") experimentiert, die im Weltraum wegen fehlender Schwerkraft mit Muskelabbau zu tun bekommen.

Diese Muskelatrophie begrenzt nämlich die Dauer, die Menschen im Weltraum verbringen können. Auch das heutige Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und die ESA (European Space Agency) experimentieren mit verschiedenen Arten von Vibrationstraining neben anderen Trainingsformen [6]. Das sind also buchstäblich Raketenwissenschaftler. Offenbar steckt in diesem Vibrationstraining doch etwas. In der Praxis wurde Vibrationstraining letztlich nie im Weltraum eingesetzt, weil die dafür nötige Ausrüstung zu schwer ist.

Auf Wiki ist übrigens zu lesen, dass NASA dem Laufband und dem Fahrrad in der ISS-Raumstation Vibrationen hinzugefügt habe, um deren Effekt zu testen. Die Website von NASA selbst zeigt jedoch genau das Gegenteil: NASA sorgte gerade dafür, dass die durch Laufband und Fahrrad und deren Nutzung verursachten Vibrationen minimiert werden, um möglichst wenig Vibrationen auf die Station zu übertragen [7].

Wie funktioniert Vibrationstraining?

Ich komme noch auf die Frage "Funktioniert Vibrationstraining?" zurück, gehe aber zuerst auf die Theorie der Wirkungsweise ein.

Denk noch einmal an die Astronauten. Durch den Mangel an Schwerkraft brauchen sie ihre Beinmuskeln nicht, um aufrecht stehen zu bleiben. Muskeln in Armen, Rücken, Brust und Schultern müssen viel weniger hart arbeiten, um die Arme in Bewegung zu bringen. Zufällig habe ich letzte Woche noch eine Dokumentation mit dem Titel "Human Universe, Apeman-Spaceman" gesehen. Astronauten erzählten darin von ihrer Rückkehr zur Erde in der Soyuz-Kapsel. Darin sah man, wie die Astronauten aus der Kapsel gehoben und anschließend zum Hubschrauber gebracht werden mussten, unfähig, auf den eigenen Beinen zu stehen.

Wenn fehlende Schwerkraft dafür sorgt, dass Muskelmasse abgebaut wird, würde zusätzliche Schwerkraft dann für mehr Muskelmasse sorgen? Laut Science-Fiction schon. Denk an den Bösewicht in Buck Rogers, der superstark ist, weil er von einem Planeten kommt, auf dem die Schwerkraft viel stärker ist. Sagt dir das nichts (nicht jeder ist ein Nerd, der in den 80ern aufgewachsen ist), dann denk an Superman, der seine Kräfte der Tatsache verdankt, dass die Schwerkraft auf seinem Heimatplaneten viel größer ist als auf der Erde.

Vibrationstraining basiert auf demselben Konzept, auch wenn niemand davon ausgeht, dass du dadurch am Ende fliegen, Laser aus den Augen schießen oder jede schöne Frau in deiner Umgebung mit Krebs belasten kannst, weil du sie täglich mit deinen Röntgenaugen ausziehst.

G-Kräfte der Vibrationsplatte

Schwerkraft ist faktisch Beschleunigung, die durch die Masse eines Objekts verursacht wird; zumindest werden sie gleich erlebt. Die "Standard-Schwerkraft" (vollständig: "die Standardbeschleunigung durch Schwerkraft") ist die Beschleunigung eines Objekts im Vakuum in der Nähe der Erde durch Schwerkraft. Diese Standard-Schwerkraft beträgt 9,80665 m/s². Ohne auf den Begriff "Sekunde zum Quadrat" einzugehen (langatmige Physikerklärung), zeige ich, was das für Vibrationstraining bedeutet.

Die "Schwerkraft" besteht bei Vibrationsplatten aus den sogenannten G-Kräften, die durch die Beschleunigung entstehen, die dein Körper durch die Schwingungen ständig macht. Schließlich kommt dein Körper bei jeder Aufwärtsbewegung nach oben in Bewegung, wird dort wieder bis zum Stillstand abgebremst und beschleunigt anschließend wieder nach unten. Auch seitwärts, vorwärts und rückwärts gilt diese Beschleunigung, abhängig vom Typ der Vibrationsplatte. Anhand der Formel rechts werden diese G-Kräfte berechnet (d = maximale Verschiebung von Spitze zu Spitze, f = Frequenz, g = Schwerkraft). Der Buchstabe "a" in der Formel gibt an, wie das Verhältnis zwischen normaler Schwerkraft und der Kraft ist, die durch die Beschleunigung erzeugt wird. Wenn "a" zum Beispiel auf "2" kommt, bedeutet das, dass du die Schwerkraft in diesem Moment als doppelt so schwer erlebst.

Sehr spannend, und natürlich hast du schon deinen Taschenrechner aus der Schulzeit gesucht, aber ich gebe ein einfaches Beispiel, damit wir das Rechnen ruhen lassen können. Wenn du eine Vibrationsplatte hast, die auf und ab eine Strecke von 6 Millimetern mit einer Frequenz von 30 Hz überbrückt (sie geht 30 Mal pro Sekunde auf und ab), dann erhöht dies die Schwerkraft um den Faktor 7,7. Es wird also fast 8 Mal so schwer, stehen zu bleiben. Zumindest wäre das so, wenn nicht die Gewebe in deinem Körper einen Teil der Vibrationen dämpfen würden [8 bis 11]. Das zeigt sich zumindest am Gewicht, mit dem Menschen zum Beispiel Squats ausführen können; es ist höher, als wenn es tatsächlich 8 Mal so schwer wäre wie normal. Außerdem zeigt sich, dass die von den Herstellern angegebenen Frequenzen oft niedriger werden, je schwerer die Person ist, die darauf steht [12]. Bei jemandem mit 80 Kilo würde die Frequenz um 15 bis 20 Prozent abnehmen, wodurch die G-Kräfte um 30 bis 35 Prozent verringert werden.

Ein Problem bei den Studien zum Vibrationstraining ist, dass oft nicht bekannt ist, wie die Frequenz gemessen wurde. Das kann ein falsches Bild vom genauen Effekt einer Vibrationsplatte geben, aber dazu mehr im nächsten Teil.

Der einfache Gedanke hinter Vibrationstraining ist also, dass die (erlebte) Schwerkraft erhöht wird, wodurch die Intensität einer Übung größer wird. Die Muskeln müssen härter arbeiten und werden reagieren, indem sie stärker wachsen, wodurch du kräftiger wirst (10,13).

Tonic Vibration Reflex

Es soll jedoch eine zweite, kompliziertere Art geben, auf die Vibrationstraining für positive Effekte sorgt: den sogenannten Tonic Vibration Reflex [14]. Im Artikel über Stretching haben wir den Stretch Reflex bereits behandelt: ein System, das dafür sorgt, dass ein Muskel, wenn er plötzlich gedehnt wird, sich zum Schutz automatisch anspannt (damit er nicht gezerrt wird). Die sogenannten sensorischen Nervenzellen (oder "afferenten" Nervenzellen) arbeiten mit den "Muskelspindeln" zusammen, die die Dehnung von Muskelfasern messen (wodurch du unter anderem weißt, ob du deine Arme gestreckt hast oder nicht, ohne hinzusehen). Diese Nervenzellen werden durch Vibration besonders empfindlich für das Dehnen von Muskeln. Dadurch werden anschließend die Alpha-Motoneuronen zusätzlich aktiviert, und diese sind direkt dafür verantwortlich, dass das Anspannen von Muskelfasern gestartet wird.

Wenn du das dreimal gelesen hast, denkst du wahrscheinlich: Und?

Wenn du einen Muskel anspannst, spannst du nie alle Muskelfasern in diesem Muskel an. Wie viele Muskelfasern du nutzt, hängt von der Anzahl der "motorischen Neuronen" ab, die aktiviert werden. "Motorische Einheiten" bestehen aus Motoneuronen und den Muskelfasern, die sie aktivieren. Ein Motoneuron steuert verschiedene Muskelfasern an, die über den Muskel verteilt sind. Wenn wir sehen, dass (eine Zunahme von) Kraft nicht durch den Umfang des Muskels erklärt werden kann, liegt die Antwort oft in der Fähigkeit, viele motorische Einheiten gleichzeitig zu aktivieren und damit mehr Muskelfasern arbeiten zu lassen. Beim Training sehen wir daher auch zuerst eine Zunahme der Kraft und erst danach mehr Muskelmasse, durch die verbesserte Ansteuerung der Muskeln. Auf diese Weise nutzt du das Potenzial deiner Muskeln besser, so wie europäische Sportwagen in der Regel mehr aus der Motorleistung herausholen als amerikanische Autos.

Die Folge des Tonic Vibration Reflex und der Aktivierung von Motoneuronen könnte laut Forschung dafür sorgen, dass das Potenzial des Muskels besser genutzt werden kann [15,16,17]. Diese Studien werde ich im nächsten Teil weiter behandeln.

Hormonelle Effekte von Vibrationstraining

Es gibt möglicherweise noch eine dritte Art, auf die Vibrationsplatten wirksam sein könnten. Einige Forscher haben sich die Effekte von Vibrationstraining auf deinen Hormonhaushalt angesehen, insbesondere Testosteron und Wachstumshormon [18,19,20].

In einer dieser Studien standen zehn Probanden 15 Minuten lang ohne etwas zu tun auf einer Vibrationsplatte [19]. Das hatte keinen (signifikanten) Effekt auf Testosteron- oder Wachstumshormonspiegel. In einer Studie, in der sie isometrische Squats machten (also in "Sitzposition" still stehen blieben), wurde dagegen ein Effekt gesehen [18]. In dieser Studie stieg das Wachstumshormon um 300% und Testosteron zeigte einen kleinen Anstieg von 7%. Bei dieser Studie kannst du denken: "Lag es am isometrischen Squat oder hatte die Vibrationsplatte selbst ebenfalls einen Effekt?". Deshalb ist die Studie von Kvorning und Kollegen interessant [20]. Sie verglichen nämlich drei Situationen: Squatten ohne Gewicht auf einer Vibrationsplatte, Squatten mit Gewicht (8-10RM) ohne Vibrationsplatte und schließlich Squatten mit Gewicht (8-10RM) auf der Vibrationsplatte. Vor allem der Vergleich der letzten beiden miteinander muss den Mehrwert der Vibrationsplatte zeigen. Sie maßen direkt nach der Übung und 15 Minuten später. Squatten mit Gewicht auf der Vibrationsplatte lieferte den größten Anstieg beim Wachstumshormon (20% direkt nach dem Training und 23% nach 15 Min.). Die Vibrationsplatte + Squatten sorgte also für einen größeren Anstieg des Wachstumshormons als Squatten allein (4% und 5%). Auffällig ist jedoch auch, dass Squatten ohne Gewicht auf der Vibrationsplatte für eine größere Erhöhung des Wachstumshormons sorgte (7% und 12%) als Squatten mit Gewicht ohne Vibrationsplatte.

Fazit Teil I: Vibrationstraining funktioniert in der Theorie

Wir haben lesen können, dass theoretisch genug für die Nutzung einer Vibrationsplatte und von Vibrationstraining im Allgemeinen spricht. Die Beschleunigung durch Vibration sorgt für höhere G-Kräfte, der Tonic-Vibration-Effekt sorgt dafür, dass Muskeln effektiver genutzt werden, und es kann einen positiven Effekt auf Testosteron und Wachstumshormon haben, wenn auf einer Vibrationsplatte trainiert wird.

Teil II: Wirksamkeit von Vibrationstraining in der Praxis

Im nächsten Teil über Vibrationstraining schauen wir uns an, was das nun in der Praxis bedeutet. Sorgt die mögliche Erhöhung von Testosteron und Wachstumshormon auch für mehr Muskelwachstum oder Fettverbrennung? Wirst du durch den Tonic-Vibration-Effekt und die höheren G-Kräfte tatsächlich stärker und muskulöser? Du liest es bald auf Fitsociety!

Referenzen

1. Tankisheva, Ekaterina MD; Bogaerts, An PhD; Boonen, Steven MD, PhD; Delecluse, Christophe PhD; Jansen, Paul; Verschueren, Sabine M.P. PhD. Effects of a 6-month local vibration training on bone density, muscle strength, muscle mass and physical performance in postmenopausal women. Journal of Strength & Conditioning Research:Post Acceptance: May 16, 2015
2. lifestylelaboratory.com/portfolio_john/discovery-center.html
3. Issurin, VB, Liebermann, DG, and Tenenbaum, G. Effect of vibratory stimulation training on maximal force and flexibility. J Sports Sci 12: 561-566, 1994.
4. Biermann, W. "Influence of cycloid vibration massage on trunk flexion". American Journal of Physical Medicine1960 (39): 219–224.
5. Kunnemeyer J, Schmidtbleicher D.: Die neuromuskulaire stimulation RNS, Leistungssport 2: 39-42, 1997.
6. "Mars 500 Scientific Protocols". European Space Agency. Retrieved 31 January 2013.
7. nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/976.html
8. Crewther, B, Cronin, J, and Keogh, J. Gravitational forces and whole body vibration implications for prescription of vibratory stimulation. Phys Ther Sport 5: 37-43, 2004
9. Owen, GJ. The influence of whole body vibration on knee extensor stiffness and functional performance. Master's thesis, Auckland University of Technology, Auckland, New Zealand, 2004.
10. Roelants, M, Verschueren, SMP, Delelecluse, C, Levin, O, and Stijnen, V. Whole-body-vibration-induced increase in leg muscle activity during different squat exercises. J Strength Cond Res 20: 124-129, 2006.
11. Yue, Z, Kleinoder, H, and Mester, J. A model analysis of the effects of wobbling mass on whole-body vibration. Eur J Sport Sci 1: 1-19, 2001.
12. Donaldson, C and Ross, A. Whole body vibration: useful or useless for athletes. Presented at: New Zealand Academy of Sport (South) Strength and Conditioning Forum, Dunedin, New Zealand, 2006.
13. Cardinale, M and Lim, J. Electromyography activity of vastus lateralis muscle during whole-body vibrations of different frequencies. J Strength Cond Res 17: 621-624, 2003.
14. Martin, BJ and Park, H. Analysis of the tonic vibration reflex: influence of vibration variables on motor unit synchronization and fatigue. Eur J Appl Physiol 75: 504-511, 1997.
15. Bosco, C, Cardinale, M, Tsarpela, O, Colli, R, Tihanyi, J, Von Duvillard, S, and Viru, A. The influence of whole body vibration on jumping performance. Biol Sport 15: 157-164, 1998.
16. Bosco, C, Colli, R, Introini, E, Cardinale, M, Iacovelli, M, Tihanyi, J, Von Duvillard, S, and Viru, A. Adaptive responses of human skeletal muscle to vibration exposure. Clin Physiol 19: 183-187, 1999.
17. McBride, JM, Porcari, JP, and Scheunke, MD. Effect of vibration during fatiguing resistance exercise on subsequent muscle activity during maximal voluntary isometric contractions. J Strength Cond Res 18: 777, 2004
18. Bosco, C, Iacovelli, M, Tsarpela, O, Cardinale, M, Bonifazi, M, Tihanyi, J, Viru, M, De Lorenzo, A, and Viru, A. Hormonal responses to whole-body vibration in men. Eur J Appl Physiol 81: 449-454, 2000
19. Di Loreto, C, Ranchelli, A, Lucidi, P, Murdolo, G, Parlanti, N, De Cicco, A, Tsarpela, O, Bosco, C, Sauteusanio, F, Bolli, GB, and De Feo, P. Effects of whole-body vibration exercise on the endocrine system of healthy men. J Endocrinol Invest 27: 323-327, 2004.
20. Kvorning, T, Bagger, M, Caserotti, P, and Madsen, K. Effects of vibration and resistance training on neuromuscular and hormonal measures. Eur J Appl Physiol 96: 615-625, 2006.