«Whole body» vibrasjon i fysioterapi – hva er det og hvordan kan vi bruke det?

«Whole body» vibrasjon (WBV) ble i begynnelse av 90-tallet introdusert som terapi for forbedring av styrke, balanse/koordinasjon og økning av beintetthet hos personer som tåler liten belasting. Under utviklingen har løping (som basisform av bevegelse) blitt brukt som eksempel. Under løping er det kroppsforandrende sykliske stimuli/krefter på venstre og høyre beinet. Gjennom disse stimuli/krefter blir et stort antall muskler stimulert i tillegg til at det kreves en optimal balanse.

Vippeprinsippet, også kalt Galileo-prinsippet, gir en god simulering av løpeegenskapene og har vært grunnlaget for utviklingen av et vibrasjonsapparat kalt Galileo. De positive effekter av dette apparatet (1) sørget for at flere andre produsenter begynte å lage WBV-apparater, som for eksempel Nemes, PowerPlate, Fitvibe og andre. Fordi vippeprinsippet er verdensomfattende patentert, har de andre produsenter måtte bruke et annet vibrasjonsprinsipp (vertikal opp og ned).

I denne fagkronikken ønsker jeg å beskrive hva «whole body» vibrasjon er, forskjellen mellom de to ulike vibrasjonsprinsipper, og hvilke muligheter, og nytten, av «whole body» vibrasjon i fysioterapi.

To ulike prinsipper
Det vertikale vibrasjonprinsippet
I det vertikale vibrasjonsprinsippet blir kraft overført samtidig på venstre og høyre bein. Ankel, kne og hofteleddet fungerer som dempere. Dempingen skjer gjennom bevegelser rundt transversalaksen av de ledd som engasjeres av det påførte bevegelsesprinsipp (figur 1).

Galileo vippeprinsipp
Vippemekanismen til Galileoen sørger for en alternerende venstre – høyre belastning og gir også en sideveis forflytning og en kantring (vipping) av bekkenet. Vippingen oppstår ved at et ben blir dyttet opp mens det andre benet synker ned. Kreftene blir dempet gjennom ankel, kne, hofte og ledd i virvel-søylen. Dempingen skjer gjennom både den transversale og den sagitale akse. Det er ikke bare musklene rundt fleksjons-ekstensjons aksen som samarbeider, også ad- og abduktorer i de forskjellige deler av muskelen erector trunci deltar (figur 1).

Effektene av frekvens og amplitude
Ved å variere amplituden er det mulig å dosere belastningen og ved bruk av forskjellige frekvenser, kan man sette forskjellige spesifikke behandlingsmål.

I tabell 1 viser jeg en oversikt over de antatte effekter, ved de forskjellige frekvenser og, hvilke frekvenser det er funnet en sammenheng med fysiologiske effekter.

Forklaringsmodeller
Det er ulike modeller som kan forklare de påståtte og dokumenterte effekter som er nevnt i tabell 1. Som tidligere beskrevet fanger kroppen opp de kreftene som WBV apparatet leverer. Måten kroppen fanger opp (demper) disse kreftene kan gi en forklaring på effektene av WBV.

Muskel-sene komplekset er en viktig demper. Ved 5-6 Hz blir bevegelsen fullstendig fanget opp gjennom de kontraktile lengdeforandringene, fra 7 Hz blir en økende prosent fanget opp av de elastiske elementene og fra rundt 27-30 Hz blir (nesten) 100 prosent fanget opp av elastiske elementer. Ved lave frekvenser blir kraften dempet av bevegelser i leddene (kontraktile lengdeforandringer), som fleksjon og ekstensjon. Ved frekvenser fra 27-30 Hz. fins det ikke noen bevegelser i leddene (17).

Nevrologisk styring (post-aktivation-potentation)
En rask muskelfiber kan kontrahere og slappe av rundt 28 ganger i sekundet, den minste tiden for aktiveringsavslapping er rundt 36 msec. WBV tvinger muskelen, gjennom den toniske vibrasjonsrefleks, til en kraftigere kontraksjon. Den toniske vibrasjonsrefleks kan sammenlignes med stretchrefleksen. Ved raske lengdeforandringen av elastiske elementer skjer det en kontraksjon (via aktivering av muskelspoler) som dermed motvirker forlengelsen av muskelen.

Dette forklarer ikke fenomenet at rett etter en WBV trening kan mer muskeleffekt leveres. WBV virker muligens fasiliterende og gjør kroppen i stand til å rekruttere flere muskelfiberer som dermed kan levere mer effekt (6,13).

Koordinasjon og muskeleffekt (eksplosiv styrke)
Et interessant bruksområde er å trene muskeleffekt, det vil si: forbedring av (intramuskulær) koordinasjon. Innenfor treningsteori er muskeleffekten en nøkkelfaktor ved å bestemme treningseffekt. De neste formler viser relasjonen mellom frekvens og amplitude/forflytning, og leverte muskelkraft og muskeleffekt:
Akselerasjon = frekvens x (forflytning/sekunder)
Muskelkraft = masse x akselerasjon
Muskeleffekt = muskelkraft x hastighet.

Disse formler gjelder ved aktive bevegelser. Hos vibrasjonsapparater kan man stille inn amplitude og frekvens. Ut i fra de nevnte formler ser vi at økningen av frekvensen øker muskeleffekten som må leveres av den som trener. For å få en god forståelse av vibrasjonstrening er det viktig å skjønne at effekten som apparatet gir er veldig sterkt avhengig av amplitude og frekvens.

Forskning (14) med det vertikale vibrasjonsprinsippet (Nemes) har vist at trening med 40 Hz gir mindre forbedring enn med 20 Hz. Samtidig forbedres styrke og hopphøyde mer ved lavere frekvenser enn med en frekvens på 40 Hz.

En annen studie (16) (PowerPlate) hos unge kvinner har vist en økning av isometriske og dynamisk styrke av kne ekstensorer etter 12 ukers trening på vibrasjonsplattform med en frekvens på 35 til 40 Hz, som er sammenliknbar med de effekter en moderat stryketrening gir. «Counter-movement» hopp (eksplosiv styrke) forbedret seg bare signifikant hos WBV-gruppen.

Forskning på toppidrettsutøvere har vist at styrketrening på Galileo ved en frekvens på 20 Hz ikke bare forbedret muskelstyrken på samme måte som en intensiv konvensjonell styrketrening, men at vibrasjonstreningen i sammenheng med kombinasjonstrening også forbedret idrettsspesifikke prestasjoner som 30 meter sprint, slalåmløp og hopphøyde mer enn kun bruk av konvensjonell styrketrening (4) gjorde.

Trening av eldre
Hos eldre finnes det spesielt en tilbakegang av muskeleffekt og ikke så mye en reduksjon av muskelstyrke. Eldre kan fortsatt levere relativt mye statisk styrke, men ikke dynamisk styrke med stor hastighet; de har ikke mye «eksplosiv» styrke. Eksplosiv styrke er veldig viktig i det daglige livet. Alle reaksjoner (for eksempel mot å falle) krever nettopp styrke og hurtighet. Trening av muskeleffekt er derfor mye viktigere enn å trene statisk muskelstyrke. Eksplosive treningsformer er nødvendig for å oppnå den ønskete treningseffekten. For idrettsutøver, mosjonister og ungdommer finnes det mange måter å oppnå dette. Men mange eldre er ikke i stand til å gjennomføre disse høyt skadeutsatte treningsformene. WBV kan være en løsning fordi muskeleffekten kan trenes på en kontrollert og sikker måte.

I kontrollerte studier med Galileo er det vist en økning av muskeleffekt hos eldre (2,10). Bruk av frekvenser

Balanse, stressinkontinens og ryggplager
Gjennom å vippe med Galileoen stimulerer man ikke bare den toniske stretchrefleks, men også likevektsreaksjoner. På en vippende plate som beveger seg opp og ned vekselvis til venstre og høyre side blir kroppen satt ut av balanse. Man kan da anta at muskler blir aktivert for å korrigere disse holdningsforandringene og balanseforstyrrelsene. Meldingen fra forsøkspersoner som trente på Galileoen var at styrke i ad- og abduktorer økte kraftig, støtter denne antakelsen (4). Det samme gjør forskning som viser en tydelig forbedring av balanse hos eldre (2,5) med denne treningen.

Den alternerende vippingen kan muligens også forklare reduksjonen av effektforskjellen mellom dominant og ikke-dominant ben og forbedring av balanseevnen (2,4,5). Gjennom den sidevise vippingen (rundt sagital aksen) av bekkenet blir også bekkenbunnmuskler og ryggmuskler stimulert. Dette er vist ved EMG-målinger. Dette gjør at man kan forklare de positive effektene av Galileo-WBV ved behandling av stressinkontinens (18) og på spesifikke lumbale ryggplager (13,19). Bruk av lave frekvenser (18/20 Hz) gjør det mulig at intermuskulær koordinasjon av disse musklene forbedres og muskelspenning normaliseres.

Beintetthet
Det finnes en høy korrelasjon mellom muskeleffekt og beintetthet (20). Sammenhengen mellom disse to størrelsene kan forklare den positive effekten av WBV på beintetthet. Muskler og tyngdekraft sørger for store krefter på kroppen, inklusiv bena. Hos eldre skjer en nedgang i muskeleffekt og dermed en minking av beintetthet (5,21,22). Fordi WBV stimulerer spesifikk muskeleffekt og overfører store nok krefter til kroppen kan nedgangen i beintetthet (forsinkes) (23,24). Dette kan forventes av begge vibrasjonsprinsippene, fordi begge leverer nok kraft for å deformere og dermed stimulere bein. Her er ikke bare maksimal styrke viktig, men andre faktorer (ernæringssupplementer, tidsperiode av stimulasjon, amplitude) spiller også en stor rolle.

Hormonelle forandringer
Vibrasjonstrening sørger for reduksjon av stresshormonet Cortisol og en økning av testosteron og veksthormon (12). Derfor bør restitusjonen generelt gå raskere. Dette kan muligens forklare de positive effektene av vibrasjonstrening ved overbelastningsplager.

Doseringsmuligheter
For alle treningsapparater er det viktig med muligheter for dosering. Jo bedre belastningen stemmer med belastbarheten til målgruppen, jo større blir treningseffekten og desto mindre risiko blir det for overbelastning. For en progressiv treningseffekt er det nødvendig å kunne øke intensiteten. Intensiteten av vibrasjonstrening kan, som beskrevet tidligere, varieres med frekvensen (antall forflytningen per sekund) og amplituden av plateutslaget (forflytning av platen i vertikale retning i mm.). De fleste produsenter påpeker viktigheten av en trinnvis økning av belastningen, hvor reaksjonene kortere eller lengre tid etter avslutning av treningen tjener som referanse. Ved overskridelse av belastbarhetsgrensen opptrer det smerteplager og en nedsatt prestasjonsevne. Videre finnes det håndbøker som gir råd om hvordan man kan bygge opp treningene for de forskjellige målgrupper.

Innenfor disse rammer må det påpekes at bare Galileo-apparatet har en mekanisk styring som betyr at amplituden og frekvensen av platen er uavhengig av vekten fra den som trener på den (4 mm blir 4 mm). De andre platene er innstilt for å levere en bestemt effekt og dermed har vekten fra den som trener innflytelse på amplitude og/eller frekvensen.

Sikkerhet
Finnes det frekvenser som uansett er en risiko eller spiller andre faktorer, som for eksempel demping og kroppsholdning, en avgjørende rolle? Resultater fra forskning har vist at i det daglige liv og idrett generelt sett er frekvenser mellom 0 og 30 Hz som påvirker den menneskelige kropp (8,9). Disse ulike mekaniske belastningene er nettopp nødvendige for vekst. Det er vist at vibrasjoner kan være skadelige for menneskekroppen når vibrasjonene ikke blir aktivt dempet. Ved utilstrekkelig demping kan organer som hjerne og muskelfibrer skades. Det finnes ikke noen frekvenser som er skadelige uansett, heller ikke de som ligger i resonansområder til organer. Resonans betyr at ved vibreringen av kroppsdelen blir amplituden større enn den amplitude som er påført av apparatet. Ved tilstrekkelig demping eller små amplituder er det ikke noen problem å trene nær disse frekvensene. En viktig indikator for tilstrekkelig demping er risting av hodet. Når hodet ikke beveger seg sammen med vibrasjonene, (påpeker produsenter) er kroppen i stand til å dempe rystelsene og vibrasjonen er trygg. De bøyde leddene virker som en slags støytdemper. Hos det vertikale vibrasjonsprinsippet demper bena også kreftene. For å oppnå optimal demping må man stå på tærne med bøyde knærne. Gjennom vippeprinsippet til Galileo vipper bekkenet også sideveis, og dermed kan bekken og ryggraden ta resten av dempingen. Dette gjør det mulig å bruke lavere frekvenser, og man trenger ikke alltid å stå på tærne heller. Ut fra sikkerhetsgrunner fraråder de forskjellige produsenter holdninger hvor man sitter, fordi dempingen av kroppen ikke er god nok i de holdninger, overensstemmende med de forsk-ningsresultater som viser denne faren (8).

Avslutning
Vibrasjonsterapi kan være et verdifullt bidrag for fysioterapi. Spesielt hos grupper som synes å være vanskelig å trene eller ikke trenbare i det hele tatt, synes den nye treningsformen å være nyttig. WBV er en sikker og effektiv måte å trene muskeleffekt. Dette er spesielt viktig for eldre, en stadig økende målgruppe. Spesielt muligheten til å trene mennesker som tåler liten belastning gir nye perspektiver. Treningstidene med WBV er veldig kort og er kardiopulmonalt ikke belastende. Ved siden av økningen av muskeleffekten og hormonelle forandringer (hos begge systemer) har man ved bruk av Galileoen også funnet en forbedring av balanse og en nedgang i ryggplager og stressinkontinens. Gjennom forbedret muskeleffekt og balanse kan sjansen for å falle minke hos eldre; økning av beintetthet minsker risikoen for fraktur blant annet. For muskeleffekt- og balansetrening er WBV en funksjonell trening. For eldre finnes det få alternativer for å oppnå de effekter som er beskrevet her i løpet av korte tidsperioder og på en trygg måte. For noen, veldig svake belastbare eldre, er WBV det eneste treningsalternativet.

Galileoen synes å være gjennom sitt vippeprinsipp det mest allsidige og sikrest å bruke. Gjennom valg av amplitude kan en fysioterapeut generelt sett dosere treningen nøyaktig. Med Galileoen: trinnløst mellom 0 mm og 12 mm, hos de andre: rundt 2 mm eller 4 mm. WBV er høyst sannsynlig også egnet for rehabilitering av nevrologiske pasienter (3,25) spesielt gjennom de positive effektene på koordinasjon og balanse. Videre gir bruk av lavere frekvenser veldig interessante effekter for fysioterapi som for eksempel minking av muskelspenning og økning av blodsirkulasjon (11). Også andre produsenter påstå disse effekter, men til nå uten vitenskapelig bevis.

I denne sammenheng må det bemerkes at Galileoen er den eneste WBV-maskinen med et medisinsk sertifikat for følgende indikasjoner: forbedring av muskelstyrke og effekt, balanse, blodsirkulasjon og minsking av kronisk lumbale ryggplager. Mer forskning etter forklaringsmodeller og flere kontrollerte studier av effektene er ønsket.

Særlig spennende er de studiene som kombinerer fysioterapi med WBV og sammenligner resultatene med fysioterapi uten WBV. Disse viser en ekstra effekt av vibrasjonstrening (2,18) og gir et klart bevis for nytteverdien av WBV i fysioterapibehandlingen.

Litteratur
1. Bosco C, Cardinale M, Tsarpela O, Colli R, Tihanyi J, von Duvillard SP et al. The influence of whole body vibration on jumping performance. Biol Sport 1998;15(3):157-64.
2. Bruyere O. Controlled Whole body vibrations improve health related quality of life in elderly patients. Proceedings of the Congress of the American College ofRheumatology 2003.
3. Gianutsos J. Standing induced via segmental reflex pathways of persons with spinal paralysis: A case series. Arch Phys Med Rehabil 2003;84:1309.
4. Berschin G. Zum Einzats von Vibrationskrafttraining als spezifischer Schnellkraft Trainingsmittel in Sportspielen. Leistungssport 2003;4:11-13.
5. Runge M . Balance training and exercise in geriatric patients. J. Musculoskeletal interactions 2000;1:54-58.
6. Torvinen S, Kannus P, Sievänen H, Järvinen TAH, Passanen M, Konulainen S et al. Effect of a vibration exposure on muscular performance and body balance. Randomized cross-over study. Clin Phys Funct Im 2002;22:145-52.
7. Torvinen S, Kannus P, Sievänen H, Järvinen TA, Passanen M, Kontulainen S et al. Effect of 8-month vertical whole body vibration on bone, muscle performance, and body balance: a randomized controlled study. J Bone Miner Res 2003;5:876-84.
8. Mester J. Biological reaction to vibration--implications for sport. J Sci Med Sport 1999;2(3):211-26.
9. Wakeling, JM. Modification of soft tissue vibrations in the leg by muscular activity. J Appl Physiol 2001;90:412-420.
10. Rittweger J, Mutschelknauss M, Felsenberg D. Acute changes in neuromuscular excitability after exhaustive whole body vibration exercises as compared to exhaustion by squatting exercise. Clin Phys Funct Im 2003;23:81-6.
11. Kerschan-Schindl K, Grampp S, Henk C, Resch H, Preisinger E, Fialka-Moser V, Imhof H. Whole-body vibration exercise leads to alterations in muscle blood volume. Clin Physiol 2001;21(3):377-82.
12. Bosco C, Iacovelli M, Tsarpela O, Cardinale M, Bonifazi M, Tihanyi J et al. Hormonal responses to whole-body vibration in men. Eur J Appl Physiol 2000;81:449-54.
13. Rittweger J, Just K, Kautsch K, Reeg P, Felsenberg D. Treatment of chronic lower back pain with lumbar extension and whole-body vibration exercise. Spine 2002;27(17):1829-34.
14. Cardinale M, Lim J. Electromyography activity of vastus lateralis muscle during whole-body vibration of different frequencies. J Strength Cond Res 2003;17(3):621-4.
15. van den Tillaar R. Will whole-body vibration training help to increase the range of motion of the hamstrings? J Strength Cond Res Submitted.
16. Delecluse C, Roelants M, Verschueren S. Strength increase after whole-body vibration compared with resistance training. Med Sci Sports Exerc 2003;35(6):1033-41.
17. Ettema G. Contractile behaviour in skeletal muscle-tendon unit during small amplitude sine wave perturbations. J Biomechanics 1996;9:1147-55.
18. Von der heyden S, Emons G, Viereck V.Hilgers R. Effect on muscles of mechanical vibrations produced by the Galileo2000 in combination with physical therapy in treating female stress urinary incontinence. Proceedings of the Congress of International Continence Society 2003. Göttingen: department of Gynecology and Obstetrics, George-August-University 2003. s. 285.
19. Diemen van A. Vibratietraining / Onderliggende mechanismen Vibratietraining. Richting Sportgericht 2002;5/6.
20. Stolz JF. Influence of mechanical forces on cells and tissues. Biorheology 2000;37:3-14.
21. Runge M. Gehen, Gehstörungen und Stürze im Alter.Ost-Sonderheft Mobilität im alter 2000:15-20.
22. Runge M. Klinische diagnostik des Regelkreises Muskel-knochen am unterschenkel. Osteologie 2002;1:25-37.
23. Mester J. Biological reaction to vibration--implications for sport. J Sci Med Sport 1999;2(3):211-26.
24. Wilhelm G. Evaluation of long term effects of Galileo2000 in a randomized controlled study. Osteoporosis Int. 1998;8(3):121.
25. Schmidtbleicher D, Christiaan H. Mechanical Stimulation in Neurological Diseases I: Müller E, Schwameder H, Zallinger G, Fastenbauer V, red. Proceedings of the 8th annual congress of European College of Sport Science, Salzburg July 9-12, 2003.Salzburg: Institute of Sport Science, University of Salzburg, 2003.