4. Methodik

4.1. Probanden

▼ 17 (fortgesetzt)

Zur Objektivierung der Auswirkungen einer Abhärtung durch wechselwarme Reize oder Kaltreize interessieren die akralen mikrozirkulatorischen und thermoregulatorischen Reaktionen verschiedener Personengruppen. Da für die Aufgabenstellung insbesondere der Langzeiteffekt von Bedeutung ist, wurden längerfristige Umstellungen bei angepaßten (Saunagänger sowie Winterschwimmer) und nichtangepaßten Probanden (gesunde Kontrollpersonen) erfaßt. Zur Beantwortung der gestellten Fragen führten wir an 45 Probanden insgesamt 180 Versuche durch.

Dabei gehörten zu den drei Gruppen der Saunagänger, Winterschwimmer und Kontrollpersonen jeweils 15 Personen. Bei keiner der Versuchspersonen war ein berufsbedingter Kontakt mit kaltem Wasser, der zur Abhärtung hätte führen können, eruierbar. Die ausgewählten Probanden durften keine der folgenden Ausschlußkriterien erfüllen: Vorerkrankungen mit vaskulärer Beteiligung wie Diabetes mellitus, essentielle Hypertonie oder Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises, Nikotinabusus sowie die Einnahme vasoaktiver Pharmaka. Die Personengruppen setzten sich zu etwa 50 % jeweils aus Frauen und Männern zusammen.

▼ 18 

In die Gruppe der gewohnheitsmäßigen Saunagänger wurden nur Personen aufgenommen, die regelmäßig seit mindestens drei Jahren einmal wöchentlich oder öfter die Sauna besuchten. Die untersuchten Probanden der Saunagruppe wiesen ein Durchschnittsalter von 51,1 Jahren bei einer Standardabweichung von 13,6 Jahren auf.

Bei den Winterschwimmern wurde die wöchentliche regelmäßige Teilnahme am Eisbaden während der Monate September bis Mai über mindestens 5 Jahre vorausgesetzt. Das Durchschnittsalter der untersuchten Winterschwimmer betrug 45,4 Jahre bei einer Standardabweichung von 8,4 Jahren.

Bei der Auswahl der Kontrollpersonen erschien uns neben den genannten allgemeinen Kriterien wichtig, daß anamnestisch jede Form regelmäßig angewandter Hydrotherapie ausgeschlossen wurde, wie zum Beispiel morgendliches Kaltduschen. Einer - vom Eisbaden abgesehen regelmäßigen sportlichen Betätigung gingen die meisten Winterschwimmer nicht nach. Bei einem Durchschnittsalter von 33,3 Jahren lag hier die Standardabweichung bei 9,0 Jahren.

4.2. Charakterisierung der Abhärtungsmaßnahmen

▼ 19 

Das Eisbaden oder Winterschwimmen als Modell für eine intensive Kälteanwendung erfolgt von September bis Mai mindestens einmal pro Woche zu festgelegten Tageszeiten, meist um 10 Uhr. Bei länger anhaltendem Frost wird ein Loch in die Eisdecke geschlagen. Die Sportler absolvieren zunächst einen kurzen Erwärmungslauf von fünf- bis zehnminütiger Dauer in leichter Sportbekleidung, alternativ Gymnastik oder Ballspiele.

Unmittelbar nach den Erwärmungsmaßnahmen und dem Umkleiden gehen die Winterschwimmer in üblicher Badebekleidung in das Eiswasser und schwimmen je nach Möglichkeit eine kurze Strecke. Die Wassertemperatur beträgt bis zu –1° C (Ostsee), die Wassertiefe erlaubt meist das Stehen. Die Aufenthaltsdauer im Wasser richtet sich nach der individuellen Verträglichkeit und liegt zwischen Sekunden und etwa fünf Minuten.

Nach dem Bad frottieren sich die Sportler ab und kleiden sich um, teilweise wird zur Wiedererwärmung gelaufen. Nach BRENKE, CONRADI und WARNKE (1986) wird von einer vorübergehend gestörten Koordination der Feinmotorik berichtet, oftmals hält das Kältezittern der Extremitäten- und Rumpfmuskeln noch stundenlang nach dem Eisbad an.

▼ 20 

Dagegen ist die finnische Sauna ein Heißluftbad mit zwischengeschalteten Kaltreizen: Ein bis drei im Durchschnitt zehnminütige Aufenthalte im Heißluftbad wechseln sich ab mit kalten Güssen, kaltem Duschen oder einem kalten Tauchbad.

Dabei beträgt die Temperatur im Heißluftraum am Boden 40° C und unter der Decke 100° C. Die meisten Saunagänger benutzen die mittlere von drei Sitzbänken in verschiedener Höhe und zur Abkühlung eine kalte Brause oder das mit Leitungswasser gefüllte Tauchbecken von 10 bis 14° C.

4.3. Untersuchungsmethoden

4.3.1. Lokale und konsensuelle Vasomotorik und Vasomotion

Entsprechend der Aufgabenstellung war bei der Methodenauswahl ausschlaggebend, möglichst einfache und korrekte Messungen zu erzielen.

▼ 21 

Untersuchungsmethoden wie die Plethysmographie, Rheographie, Ultraschall-Doppler oder akrale Oszillographie ermöglichen keine getrennte Betrachtung von Haut-und Muskeldurchblutung, zum Teil keine Erfassung der kleinen Gefäße und keine Darstellung der Vasomotion. Dagegen hätte die Applikation von radioaktiven Substanzen wie bei der Xenon133Muskelclearance einen unvertretbar hohen Aufwand erfordert. Zudem ist die Methode belastender für den Probanden.

Wir entschieden uns zur Darstellung von Vasomotion und Vasomotorik für die Laser-Doppler-Flowmetrie, die in den letzten Jahren verstärkt für Messungen der Hautdurchblutung Verwendung findet. Zum Einsatz kam dabei das Modell "Periflux" der Firma Perimed, Stockholm. Es verfügt über einen Helium-Neon-Laser mit 2 mW Leistung. Der Meßbereich umfaßt eine Gewebstiefe von etwa 1 mm und erreicht damit neben dem papillären Kapillarnetz der Haut auch die unmittelbar darunterliegenden Gefäße.

Das dieser Arbeitsweise zugrundeliegende Prinzip nutzt das physikalische Phänomen des Doppler - Effektes bei der Frequenzverschiebung von monochromatischem Laserlicht an den Blutzellen, die sich im Gefäßsystem bewegen. Für die Zu- und Rückleitung des Lichts wird hierbei ein faseroptisches System verwendet, wobei nach der Umsetzung von reflektierten Lichtanteilen im sogenannten Fotomultiplier das Ausgangssignal durch spektralanalytische Verarbeitung entsteht.

▼ 22 

Diese in Volt gemessene Größe wird mittels Linienschreiber aufgezeichnet. Für die Aussagekraft des Verfahrens ist es hier unbedeutend, daß anstelle einer Zeitvolumenregistrierung des Blutstroms vielmehr eine Geschwindigkeitsmessung der strömenden Partikel vorgenommen wird.

1980 wiesen NILSSON und Mitarbeiter die lineare Beziehung von Erythrozytenmenge und deren Geschwindigkeit nach. Nach ERDL und SCHNIZER (1986) verhält sich im Falle der Konstanz des von den Zellen durchströmten Meßareals die Erythrozytenmenge proportional zum Fluß und entspricht damit einer "Quasi-Durchblutungs-Bestimmung".

Abbildung 1: Kutane Laser-Doppler-Flußmessung am Unterarm

▼ 23 

Die Messung der lokalen Vasomotorik und Vasomotion erfolgte am gleichen Meßort, an dem auch der Kaltreiz appliziert wurde. Dafür war 15 Minuten vor Versuchsbeginn der Sondenhalter an der dorsalen Seite des rechten Mittelfingers mittels einem in Abb. 1 sichtbaren Klebering zu befestigen.

Nach Registrierung der Ruhewerte über 5 Minuten wurde der rechte Mittelfinger mit der Lasersonde zusammen mit dem Zeigefinger der gleichen Hand in einen Glasbecher mit Eisschmelzwasser eingetaucht und langsam über 60 Sekunden darin bewegt. Anschließend brachte der Proband die rechte Hand unter kontinuierlicher Registrierung der Durchblutung wieder in die vorherige Stellung.

Beobachtungen zeigten, daß die Atmung dabei gleichmäßig bleiben mußte, um Artefakten vorzubeugen. Die Messung erfolgte dabei im allgemeinen 30 Minuten lang. Kriterium der Versuchsbeendigung war die visuell erkennbare Gleichförmigkeit der aufgezeichneten Kurve über mindestens 10 Minuten.

▼ 24 

Die konsensuelle Gefäßreaktion wurde an Haut und Schleimhaut untersucht. Den Kaltreiz setzten wir mittels eines auf 12° C temperierten Fußbades, und die Messung erfolgte jeweils am Hypothenar sowie an der Nasenschleimhaut in getrennten Versuchen. Auch hier wurde der Sondenhalter 15 Minuten vor Versuchsbeginn mittels Klebering am Hypothenar bzw. durch einen nasalen Pflasterzügel seitlich am Nasenseptum befestigt.

Nach Messung der Ruhewerte tauchte der Proband unter kontinuierlicher Registrierung der Durchblutung langsam beide Füße in eine Schüssel mit auf 12 ± 5,0 ° C temperiertem Wasser. Nach 60 Sekunden nahm er nacheinander in der gleichen Reihenfolge des Eintauchens langsam die Füße wieder heraus.

Jetzt wurden die Beine der jeweiligen Versuchsperson vorsichtig - ohne zu reiben - mit Zellstoff abgetupft und anschließend in eine Decke gehüllt, um einer Auskühlung vorzubeugen. Wieder achteten wir auf langsame Bewegungen im Interesse gleichmäßiger Atmung. Die Dauer der Registrierung entsprach den Kriterien der bereits genannten lokalen Messung.

4.3.2. Die akrale Wiedererwärmungsreaktion

▼ 25 

Zur Überprüfung der mit den Laser - Doppler - Untersuchungen erzielten Ergebnisse und zum Vergleich mit älteren Messungen wurde zusätzlich ein Test der akralen Wiedererwärmung durchgeführt.

Die einfache Messung der Hauttemperatur liefert keine ausreichenden Angaben, um den Anpassungseffekt von regelmäßigen wechselwarmen oder Kaltanwendungen zu bewerten. Sie steigt nicht proportional zur Durchblutung der Haut (ASCHOFF 1958) und unterliegt vielen Einflußgrößen. Neben der Durchblutung zählen dazu Nahrungsaufnahme, Energieumsatz, Hautdurchfeuchtung, Schilddrüsenaktivität, Körperfülle und Hautschichtdicke (CORDES 1972).

Um die Nachteile eines statistischen Verfahrens zu umgehen, bietet sich die funktionelle Messung der Wärmeabstrahlung der Haut nach einem standardisierten Kaltreiz an, also die akrale Wiedererwärmung (HEIDELMANN 1952, Modifikation durch MEFFERT et al. 1971 und HOFFMANN 1978).

▼ 26 

Im Modellversuch konnte der Nachweis erbracht werden, daß die Infrarotabstrahlung als Parameter der Durchblutungsänderung der Haut folgenden Methoden überlegen ist: Der Hauttemperatur, dem Hautwiderstand, der Wärmeabgabe, der Fluvographie nach HENSEL et al. (1973) sowie der Frequenzleitfähigkeit (EMDEN et al. 1971). Die Laser - Doppler - Flowmetrie eignet sich zur Messung von Vasomotion und Vasomotorik kutaner papillärer Kapillaren und unmittelbar darunter gelegener Blutgefäße.

Der Test der akralen Wiedererwärmung zeigt die Durchblutungsregulation als Ausdruck der Vasomotorik. Darüber hinaus gibt es bei der Wiedererwärmung keine Artefakte. Das Verfahren zeichnet sich durch die einfache Durchführung und Meßgenauigkeit aus.

Vor unseren Versuchen zur akralen Wiedererwärmung nach standardisiertem Kaltreiz durchliefen die Probanden eine Eingewöhnungsphase von 30 Minuten. In bequemer Sitzposition wurde die rechte Hand auf ein helles Tuch gelegt, wobei der Handrücken nach oben wies und die Finger entspannt und mäßig gespreizt waren.

▼ 27 

Die Geräteanordnung bestand aus einer Vakuumthermomeßsäule nach KORTUM (1967), die 5 mm über der Mittelphalanx des Zeigefingers in einen Halter eingespannt und mit dem Digital-Multimeter V 560 verbunden war (in Abb. 2 ist anstelle des V 560 ein Galvanometer sichtbar). Zuerst wurden die Ruhewerte über 5 Minuten aufgezeichnet. Dann führte der Proband seine rechte Hand zu einem Glas mit Eisschmelzwasser (Temperatur zwischen 0 und +1° C), tauchte den abgewinkelten Zeigefinger hinein und bewegte ihn darin langsam über 60 Sekunden.

Anschließend wurde die rechte Hand wieder in die Ausgangsposition und der Zeigefinger somit unter die Vakuumthermomeßsäule gebracht. Die Feuchtigkeit auf dem Finger wurde vorsichtig mit Zellstoff aufgesaugt. Fortan wurde die Wiedererwärmung kontinuierlich gemessen und alle 15 Sekunden (Stoppuhr) registriert. Wenn sich minutenlang keine Änderung mehr nachweisen ließ, wurden die Messungen eingestellt, meist nach einer halben Stunde.

Abbildung 2: Messung der akralen Wiedererwärmung am Zeigefinger

4.4. Versuchsbedingungen

▼ 28 

Sämtliche Untersuchungen wurden von April bis Juni 1991 jeweils vormittags in der Universitätsklinik für Physikalische Medizin und Rehabilitation der Charité (Campus Berlin-Mitte) durchgeführt. Die Klinik verfügt über eine etwa 20 m³ große Klimakammer, in der eine standardisierte Luftfeuchtigkeit von ca. 60 % bei einer Raumtemperatur von 27° C konstant gehalten werden konnte.

Die Probanden wurden angewiesen, eine Stunde vor Versuchsbeginn keiner sportlichen oder sonstigen schweren Tätigkeit nachzugehen. In der Klimakammer entledigten sich die Versuchspersonen ihrer Kleidung und nahmen auf einem Sessel mit Kopfstütze Platz. Sie wurden je nach subjektiver Befindlichkeit mit Decken vor Auskühlung der Beine geschützt.

Derartige Eingewöhnungsphasen von über 30 Minuten durchliefen die Probanden vor jedem Experiment; während derer wurden Anamnese und Status erhoben. Nach dieser ersten halben Stunde wurden die elektronischen Meßgeräte eingeschaltet.

4.5. Statistische Verfahren

▼ 29 

Eine Aufgabe der Statistik ist es, umfangreiche Daten zusammenzufassen, um die darin enthaltenen Informationen klar ersichtlich werden zu lassen. Dies bedeutet, daß die Ausgangsdaten - in der vorliegenden Arbeit handelt es sich um mehr als 20000 von Hand ausgemessene durch den Linienschreiber aufgezeichnete Abstände sowie betreffs der akralen Wiedererwärmung um ca. 2500 abgelesene Werte eines Digitalvoltmeters - auf einige wenige Kennzahlen reduziert werden mußten. Zur statistischen Auswertung waren zunächst die Mittelwerte, Standardabweichungen und deren Standardfehler zu berechnen. Nach CAVALLISFORZA (1969) sowie KRAUSE und METZLER (1988) müssen zudem Unterschiede mit adäquaten statistischen Methoden getestet werden. Die inhomogene Altersstruktur der Probandengruppen erforderte Verfahren zur Prüfung des Unterschiedes bei nicht normalverteilten Grundgesamtheiten.

Zur Prüfung des Mittelwertunterschiedes verwendeten wir entsprechend der vorstehend genannten Literaturquellen den multiplen Rangsummentest nach WILCOXON und WILCOX bzw. den U-Test nach MANN und WHITNEY. Waren die Voraussetzungen erfüllt, wurde das Bestehen eines signifikanten Unterschiedes nachgewiesen oder ausgeschlossen. Stand die Merkmalshäufigkeit in unterschiedlichen Kollektiven im Mittelpunkt, prüften wir mittels χ² -Test das Vorliegen eines signifikanten Unterschiedes. In allen Fällen wurde eine Irrtumswahrscheinlichkeit von p < 0,01 zugrunde gelegt.

Zur Anwendung kam für die ausgewählten Fragestellungen das Programm "PC-Statistik" für deskriptive und analytische Statistik, uni- und multivariante Verfahren für IBM-kompatible Computer, Version 2,0 der Firma Topsoft, Hannover.

4.6. Auswertung der Vasomotorik und Vasomotion

▼ 30 

Der mit dem Laser - Doppler - Gerät verbundene Linienschreiber war in Ruhe auf die Null-Linie des Registrierpapiers geeicht. Der Papiervorschub betrug 3 cm/min; damit entspricht ein Millimeter Papier einer Zeitdauer von zwei Sekunden. Links neben der Zeitachse sind die ersten sieben Minuten nach Reiz handschriftlich eingetragen. Bei der anschließenden Markierung auf dem Registrierpapier (s. Abb. 3 und 4) wurde nach definierten Kriterien vorgegangen.

Eine Vasomotionswelle bestand demnach aus zwei zur Null-Linie gerichteten Minima und einem entgegengesetzt gerichteten Maximum. Der Abstand vom 2. Minimum zur Null-Linie in Millimetern wird als "Durchblutung" bezeichnet. Als "Amplitude" wird die Differenz zwischen dem Maximum und dem 2. Minimum in Millimetern definiert. Dabei werden bei der Minutenregistrierung deszendierende Kurvenabschnitte zur gleichen Minute gezählt und aszendierende zur nächsten. Die "Frequenz" bezieht sich auf die Anzahl der während einer Minute begonnenen Gefäßkaliberschwankungen und errechnet sich aus dem Reziproken der durchschnittlichen Periodendauer.

Zur Abgrenzung von Artefakten wurden nur Vasomotionswellen markiert, die eine Periodendauer von mindestens 3 mm entsprechend sechs Sekunden sowie eine Amplitude von mindestens 3 mm aufwiesen.

▼ 31 

Abbildung 3: Messung der konsensuellen Reaktion am Hypothenar bei Applikation eines kalten Fußbades

Durch Ausmessung der markierten Vasomotionswellen von Hand konnten so über 20000 Werte ermittelt werden. Bei den Ruhewerten wurde bezüglich der Durchblutung – also des Abstandes

Abbildung 4: Messung der lokalen Reaktion am Mittelfinger bei Applikation eines Eisschmelzwasserbades

▼ 32 

zwischen dem 2. Minimum und der Null-Linie – sowie von Amplitude und Frequenz der Durchschnitt aus zehn aufeinanderfolgenden Vasomotionswellen gebildet. Ebenso ermittelten wir nach dem Reiz den Durchschnitt aus den innerhalb der jeweiligen Minute gemessenen Werten. Diese Mittelwerte sind ausnahmslos im Tabellenanhang aufgeführt.

Die jeweilige Versuchsserie begann mit der Registrierung der genannten Durchblutungsparameter in Ruhe. Daher werden während „RUHEWERT / 1“ der graphischen Darstellungen (s. Abb. 6 – 32) die Vasomotorik und Vasomotion vor dem Kaltreiz registriert; als „KALTREIZ / 2“ der graphischen Darstellungen gilt somit der Kaltreiz selbst, der während der Experimentalphase auf dem Linienschreiber (s. Abb. 3 und 4) unten noch mit „1“ beschriftet war. Die Zahleneinteilung an der Ordinate ist innerhalb einer vergleichenden Betrachtung identisch. Für Niveau und Amplitude gilt die Einheit Millimeter und für die Frequenz 1 / Minute.

4.7. Auswertung der akralen Wiedererwärmungsreaktion

Die verwendete Vakuumthermomeßsäule nach KORTUM war für die Messung der akralen Wiedererwärmung mit einem Digitalvoltmeter verbunden. Die abzulesenden Werte in Millivolt sind relativ und stellen nicht etwa absolute Temperaturen dar, was für die Aufgabenstellung auch nicht notwendig war. Nach der Vorruhe wurde kontrolliert und notiert, daß sich der Ausgangswert nicht änderte. Nach dem einminütigen Bad im Eisschmelzwasser erfolgte das Ablesen alle 15 Sekunden über zehn Minuten. Danach genügten meist einminütige Messungen, da sich kaum noch Änderungen einstellten. Blieb der Wert über fünf Minuten gleich, wurde der Versuch beendet. Die Säulendiagramme stellen die relativen in Millivolt gemessenen Werte der akralen Wiedererwärmungsreaktion für jeweils eine Personengruppe als Durchschnitt dar. Dabei treten also keine Minusgrade auf, sondern das an die Vakuumthermomeßsäule angeschlossene Voltmeter gab hier negative Werte an.

▼ 33 

Die mit "TEMPERATUR ZUVOR" bezeichnete Säule bildet den Ruhewert in Millivolt vor dem Eisschmelzwasserbad ab. Die 2. Säule ("EISWASSER") zeigt den unmittelbar nach dem Eisschmelzwasserbad gemessenen minimalen Wert für eine Personengruppe an. Die darauffolgenden Säulen entsprechen den Mittelwerten nach Beendigung des Eisschmelzwasserbades jeweils zur Mitte der jeweiligen Minute.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.
XDiML DTD Version 4.0Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML-Version erstellt am:
20.03.2006