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Konstantin Warneke

• Stretching is primarily used to improve flexibility, decrease stiffness of the muscle- tendon unit or reduce risk of injury. This cumulative dissertation includes six studies aiming to investigate the effects of long-lasting static stretching training on maximum strength capacity, hypertrophy and flexibility in the skeletal muscle. Before starting own experimental studies, a meta-analysis of available animal research was conducted to analyze the potential of long-lasting stretching interventions on muscle mass and maximum strength. To induce long-lasting stretching on the plantar flexors and to improve standardization of the stretch training by quantifying the angle in the ankle joint while stretching, a calf muscle stretching orthosis was developed. In the following experimental studies, the orthosis was used to induce daily long- lasting static stretching stimuli with different stretching durations and intensities in the plantar flexors to assess different morphological and functional parameters. For this, a total of 311 participants were included in the studies and, dependent on the investigation, the effects of daily stretching for 10-120 minutes for six weeks were analyzed. Therefore, effects on maximal isometric and dynamic strength as well as flexibility of the plantar flexors were investigated with extended and flexed knee joint. The investigation of morphological parameters of the calf muscle was performed by determining the muscle thickness and the pennation angle by using sonographic imaging and the muscle cross-sectional area by using a 3 Tesla magnetic resonance imaging measurement. In animals, the included systematic review with meta-analysis revealed increases in muscle mass with large effect size, muscle cross-sectional area, fiber cross-sectional area, fiber length and fiber number. The thereafter performed experimental studies from the laboratory showed a range of trivial to large increases in maximum strength and ROM dependent on stretching time, training level and testing procedure. Furthermore, significant moderate to large magnitude hypertrophy effects in muscle thickness and trivial to small increases in muscle crosssectional area were demonstrated. The results are discussed based on physiological parameters from animal studies and in the front of knowledge in resistance training, suggesting mechanical tension to be one important factor to induce muscle hypertrophy and maximal strength increases. Further explanatory approaches such as hypoxia and changes in the muscle tendon unit are debated in the following. Since these studies are the first investigations on long-lasting stretch-mediated hypertrophy in humans, further research is needed to explore the underlying mechanisms and confirm the results in different populations to enhance the practical applicability for example in clinical populations when, e.g. counteracting muscular imbalances or sarcopenia in the elderly.
• Dehnen wird in erster Linie eingesetzt, um die Flexibilität zu verbessern, die Muskel- Sehnen Steifheit zu verringern oder das Verletzungsrisiko zu reduzieren. Die vorliegende kumulative Dissertation umfasst sechs Studien, die darauf abzielen, die Auswirkungen eines langanhaltenden statischen Dehnungstrainings auf die Maximalkraft, Hypertrophie und Flexibilität der Skelettmuskulatur zu untersuchen. Vor Beginn der eigenen experimentellen Studien wurde eine systematische Übersichtsarbeit zur verfügbaren Tierforschung mit Meta-Analyse durchgeführt. Um eine langanhaltende Dehnung in der Wadenmuskulatur durchführen zu können und die Standardisierung des Dehnungstrainings durch Quantifizierung des Winkels im Sprunggelenk während der Dehnung zu verbessern, wurde eine Dehnungsorthese entwickelt. Diese Orthese wurde in allen inkludierten Experimentalstudien verwendet. Hierfür wurden insgesamt 311 Teilnehmer in den Studien aufgenommen und je nach Untersuchung die Auswirkungen von täglichen Dehnungsdauern von 10 bis 120 Minuten über sechs Wochen analysiert. Zur Untersuchung der Auswirkungen auf die funktionellen Parameter wurden die maximale isometrische und dynamische Kraft sowie die Flexibilität in gestrecktem und gebeugtem Kniegelenk untersucht. Die Untersuchung der morphologischen Parameter des Wadenmuskels erfolgte durch die Bestimmung der Muskeldicke und des Fiederungswinkels mittels Ultraschalluntersuchung, während der Muskelquerschnitt per Magnetresonanztomographie-Messung (3-Tesla) ermittelt wurde. Insgesamt ergab im Tiermodell die enthaltene systematische Übersichtsarbeit mit Meta-Analyse eine signifikante Zunahme der Muskelmasse, der Muskelquerschnittsfläche, der Faserquerschnittsfläche, der Faserlänge und der Faseranzahl. Die danach durchgeführten experimentellen Studien zeigten eine Reihe von trivialen bis großen Effektstärken für die Maximalkraftsteigerung und der Verbesserung der Beweglichkeit in Abhängigkeit von Dehnungszeit, Trainingsniveau und Testverfahren. Darüber hinaus konnten signifikante moderate bis große Hypertrophie Effekte in der Muskeldicke und triviale bis kleine Zunahmen von in der Muskelquerschnittsfläche nachgewiesen werden. Die Ergebnisse wurden auf der Grundlage von physiologischen Parametern aus Tierversuchen und dem aktuellen Wissensstand im Bereich des Kraftrainings diskutiert und deuten darauf hin, dass die mechanische Spannung ein wichtiger Faktor für die Simulation von Muskelhypertrophie und Maximalkraftsteigerungen ist. Weitere Erklärungsansätze wie Hypoxie und Veränderungen in der Muskel-Sehnen-Einheit wurden anschließend erörtert. Da keine vorherigen, vergleichbaren Studien ermittelt werden konnten, die langanhaltende dehnungsinduzierte Hypertrophie beim Menschen untersucht haben, müssen weitere Untersuchungen zu zugrundeliegenden Mechanismen und der Anwendbarkeit in verschiedenen Populationen gefordert werden, u.a. um potentielle Anwendungsgebiete wie in der Rehabilitation von immobilisationsbedingter Atrophie oder Sarkopenie im Seniorenalter herauszustellen.