Olaf Hoos

Heart rate variability and physical exercise. Current status

ZusammenfassungNeben dem klinischen Einsatz in der Risikostratifizierung von plötzlichem Herztod und diabetischer autonomer Neuropathie gewinnt die Herzfrequenzvariabilität (HRV) nun auch für die Sportwissenschaft und Sportmedizin zunehmend an Bedeutung. In diesen Feldern wird die HRV derzeit als leistungsdiagnostische Kenngröße, als Kontrollparameter der Beanspruchung und als Steuerparameter der Belastungsintensität untersucht.Aufgrund der großen empirischen Basis kann es als gesichert gelten, dass aerobes Ausdauertraining bei angemessener Intensität und Dauer bei gesunden Personen sowie bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen bis zu einem Alter von 70 Jahren einerseits zu einer Reduktion von Ruhe- und submaximaler Belastungsherzfrequenz, andererseits zu einer Zunahme der instantanen und der globalen HRV führt. Diese Veränderungen, die bereits nach einem 3-monatigen regelmäßigen Ausdauertraining moderaten Umfangs und moderater Intensität nachweisbar sind, reflektieren eine Zunahme der autonomen efferenten kardialen Aktivität mit einer Nettozunahme der vagalen Herzfrequenzmodulation. Darin könnte ein prognostischer Nutzen für Personen liegen, die regelmäßig Ausdauersport betreiben.Der Nutzen der HRV als Methode zur individuellen Trainings- und Belastungssteuerung kann jedoch noch nicht abschließend beurteilt werden, da die vorliegenden Ergebnisse an relativ kleinen Kollektiven erhoben wurden und teilweise, aufgrund unterschiedlicher HRV- und Studienmethodik, widersprüchlich sind. Ob und welche HRV-Indizes sich im Hochleistungssport als Marker von Übertrainingszuständen (Overreaching oder Overtraining) eignen, lässt sich derzeit ebenfalls noch nicht abschätzen. Bezüglich des Overreachings gibt es zwar erste vielversprechende Ergebnisse, die jedoch durch größer angelegte kontrollierte Studien validiert werden müssen.Ein grundsätzliches Problem bei HRV-Analysen ist die Nichtstationarität der zugrundeliegenden RRZeitreihen, die vor allem die Ergebnisse der Spektralanalyse verzerren können. Dies gilt während sportlicher Betätigung in besonderer Weise. Inwieweit hier robustere, nichtlineare HRV-Methoden die Trainingswissenschaft bereichern können, bleibt abzuwarten.AbstractHeart rate variability (HRV) has long been used in risk stratification for sudden cardiac death and diabetic autonomic neuropathy. In recent years, both time and frequency domain indices of HRV also gained increasing interest in sports and training sciences. In these fields, HRV is currently used for the noninvasive assessment of autonomic changes associated with short-term and long-term endurance exercise training in both leisure sports activity and high-performance training. Furthermore, HRV is being investigated as a diagnostic marker of overreaching and overtraining.A large body of evidence shows that, in healthy subjects and cardiovascular patients of all ages (up to an age of 70 years), regular aerobic training usually results in a significant improvement of overall as well as instantaneous HRV. These changes, which are accompanied by significant reductions in heart rates both at rest and during submaximal exercise, reflect an increase in autonomic efferent activity and a shift in favor of enhanced vagal modulation of the cardiac rhythm. Regular aerobic training of moderate volume and intensity over a minimum period of 3 months seems to be necessary to ensure these effects, which might be associated with a prognostic benefit regarding overall mortality.At present, available data does not allow for final conclusions with respect to the usefulness of traditional HRV indices in assessing an individual’s exercise performance and monitoring training load. The discrepant results published so far are due to several factors including insufficient study size and design, and different HRV methods. Large-sized and prospectively designed studies are necessary for clarification. It also remains to be seen, whether the traditional HRV indices prove useful in the diagnosis of overreaching and overtraining. Preliminary results, though promising, need to be confirmed in larger cohorts.A basic problem in HRV analysis is nonstationarity of the heart rate signal, which holds particularly true for exercise conditions. Whether, in these conditions, more robust nonlinear HRV methods offer a benefit has to be established in further work.

Extracting interpretable muscle activation patterns with time series knowledge mining

The understanding of complex muscle coordination is an important goal in human movement science. There are numerous applications in medicine, sports, and robotics. The coordination process can be studied by observing complex, often cyclic movements, which are dynamically repeated in an almost identical manner. The muscle activation is measured using kinesiological EMG. Mining the EMG data to identify patterns, which explain the interplay and coordination of muscles is a very difficult Knowledge Discovery task. We present the Time Series Knowledge Mining framework to discover knowledge in multivariate time series and show how it can be used to extract such temporal patterns.

Syncope due to Brugada syndrome in a young athlete

A 30-year-old male athlete with exercise-related syncopal symptoms spontaneously exhibited a type 1 Brugada ECG and was inducible during electrophysiology study. He was diagnosed with symptomatic Brugada syndrome and deemed at high risk of sudden cardiac death. Thus, he received a cardioverter/defibrillator and was advised to abstain from further competitive sports activities. This case points to a role of the ECG in pre-participation screening. It also demonstrates that, in athletes with Brugada syndrome, repolarisation anomalies may be markedly attenuated during vigorous exercise and considerably increased immediately after exercise. The observed J-wave amplitude dynamics suggests enhancement of pre-existing autonomic dysfunction through heavy exertion.

Magnetresonanztomographische Diagnostik der peripheren Durchblutung

Ziel:Eignung und kasuistische Anwendung der dynamischen kontrastverstärkten Magnetresonanztomographie (DCEMRT) zur Erfassung der peripheren Durchblutung im Unterschenkel.Patienten und Methodik:Bei einer Patientin mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit (pAVK), einem Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) ohne klinische Zeichen einer pAVK, einer Normalperson mit ausreichender körperlicher Aktivität gemäß Freiburger Aktivitätsscore und zwei Leistungssportlern wird der krurale Muskelstatus mit einer isometrischen Maximalkraftmessung bestimmt. Nach Kalibrierung des speziell konstruierten Plantarflexionsergometers MRPEDALO® zur Durchführung auxotoner Muskelarbeit durch 1-minütige alternierende Fußextension und -flexion im MRTGerät wird die DCE-MRT vor und nach Belastung durchgeführt (T1w 2D-FLASH-GE-Sequenz mit TR/TE/α: 100 ms/6 ms/70°; Bildfeld: 400; Matrix: 81 × 256; Schichtdicke: 10 mm; Akquisitionen: 73 à 8,3 s; Messzeit: 9,24 min; Bolusapplikation von Magnevist®, Schering, 0,02 ml/kg KG, 20 ml NaCl Bolus, Flow 2 ml/s, kubitale 22G-Kanüle). Semiquantitative Kurvenauswertung mit DynaVision® (MeVis gGmbH).Ergebnisse:Die Messung der peripheren Durchblutung benötigt geeignete Belastungstests. Nach Muskelarbeit zwischen 52 Wattsekunden (Ws) und 244 Ws bzw. 0,65 W und 4,07 W, die in Relation zur trainingsbedingt stark unterschiedlichen isometrischen Maximalkraft für eine interindividuell annähernd vergleichbare Belastung sprechen, finden sich ausgeprägte Änderungen der Signalintensitäts-(SI-)Kurven für den Musculus peronaeus, in geringerem Ausmaß auch für den Musculus tibialis anterior, die mit der Time-to-Peak (TTP) und der Mean-Intensityto- Time-Ratio (MITR) sowie dem individuellen Muskelstatus korrelieren. Der Musculus gastrocnemius zeigt dagegen vergleichsweise geringe Kurvenänderungen. Die relative Verkürzung der TTP und Verlängerung der MITR nach Belastung, der eine verbesserte Mobilisierung der Durchblutungsreserve entspricht, ist bei Leistungssportlern besonders deutlich ausgeprägt. Die DCEMRT spricht darüber hinaus für individuell unterschiedliche Muskelkoordinationsstrategien trotz in der Größenordnung vergleichbarer Flexions- und Extensionsbelastung.Schlussfolgerung:Die nichtinvasive semiquantitative Messung der belastungsabhängigen Muskeldurchblutung der Unterschenkel ist mit der DCE-MRT möglich, bedarf aber für inter- und intraindividuelle Vergleiche einer weiteren Standardisierung. Die Methode besitzt diagnostisches Potential für das Therapiemonitoring sowie die Sport- und Rehabilitationsmedizin durch Visualisierung und Quantifizierung der peripheren Mikrozirkulation und additiver Information über die muskuläre Koordination.Purpose:This article describes the potential of dynamic contrast- enhanced magnetic resonance tomography (DCE-MRT) for the visualization and quantification of blood flow of lower leg muscles at rest and after individually adjusted muscular exercise.Patients and Methods:Five cases were chosen to exemplify the qualitative and semi-quantitative blood flow evaluation in the lower leg muscles. The crural muscle state was determined with an isometric maximal strength measurement from a female patient with peripheral arterial occlusive disease (pAVK), a male patient with coronary heart disease (KHK) without clinical signs of a pAVK, a volunteer with sufficient physical activity in accordance with the Freiburg Questionnaire of Physical Activity and two professional athletes. After calibration of the plantarflexion ergometer MR-PEDALO® (Figures 2a and 2b) for the execution of auxotonic muscle work a 1- minute alternating foot extension and flexion exercise on MRPEDALO® was performed in the MR machine. Instead of the lower leg splint shown in Figures 2a and 2b the MR coil fits exactly in MR-PEDALO® used for DCE-MRT. Mechanical work performed during the 1-minute exercise ranged from 52 watt seconds (Ws) to 244 Ws (0.65 W to 4.07 W), indicating similar interindividual work loads in relation to the individual maximum isometric strength. DCE-MRT was performed at rest and immediately after auxotonic exercise test (T1w 2DFLASH- GE sequence with TR/TE/α: 100 ms/6 ms/70°; field of view: 400; matrix: 81 × 256; slice thickness: 10 mm; acquisitions: 73 at 8.3 s each; total examination time: 9.24 min; bolus application of Magnevist®, Schering, 0.02 ml/kg kg, 20 ml bolus NaCl, flow 2 ml/s, 22G cannula in a cubital vein). Signal intensity (SI) curves were analyzed with DynaVision® (MeVis gGmbH, Bremen, Germany).Results:Measuring peripheral blood flow needs appropriate muscular stress tests. The SI-curves of the region of interest (ROI) representing the peroneus, tibialis anterior and gastrocnemius muscle run almost parallel at rest. Workloads between 52 Ws and 244 Ws (0.65 W and 4.07 W), similar in relation to the individual maximum isometric strength, induce distinctive changes of the upslope, wash-in, peak and washout of SI-curves preferably for the peroneus muscle and less predominant also for the tibialis anterior muscle and gastrocnemius muscle respectively. The first case, a 55-year-old female patient with peripheral arterial occlusive disease (pAVK) stage Fontaine IIb before (Figure 3a) and after (Figure 3b) percutaneous transluminal angioplasty (PTA) of a right femoral artery stenosis shows after interventional treatment a rapid post-exercise SI-increase in the peroneus muscle. The steeper SI-curve indicates a better contrast medium inflow due to an improved perfusion. The second case, a 65-year-old man suffering from coronary heart disease without clinical signs of pAVK (Figure 4) exercised with a workload of 92 Ws. After stress test the ROI for the peroneus muscle shows a clear intensity increase. After exercise the SI-curve for the tibialis anterior muscle shows a similar, but less predominant change while the shape of the SI-curve of the gastrocnemius muscle remains mainly identical. A 23-year-old male person with average physical activity (Figure 5) performed DCE-MRT of the left lower leg after stress test with 172 Ws demonstrating a rapid signal increase in the peroneus muscle while the synergistic tibialis anterior muscle and antagonistic gastrocnemius muscle show a comparatively slow contrast-medium wash-in. A 26-year-old male athlete (Figure 6) exercised with 196 Ws showing a rapid contrast medium inflow in the peroneus muscle and initially also in the synergistic tibialis anterior muscle. A contrast-medium wash-out appears in both muscles, while the shape of the gastrocnemius muscle SI-curve remains substantially unchanged. A 26-year-old female athlete (Figure 7) exercised with 244 Ws. Post exercise SI-curves show a distinctive and rapid increase of contrast medium wash-in with a sharp peak particularly in the peroneus muscle and similarly in the tibialis anterior and gastrocnemius muscle. After exercise all SI-curves show a wash-out phase.Conclusion:SI-curves show relative increase in correlation with Time-to-Peak (TTP) decrease and Mean-Intensity to Time Ratio (MITR) increase indicating blood flow reserve mobilization after exercise. Individual muscle state seems to be linked to muscle recruitment and muscle coordination reflected by post-exercise SI-curves. The gastrocnemius muscle shows comparatively low SI-curve changes after muscular load test. Further methodological standardization and optimization of the stress test is mandatory to assure intra- and interindividual comparisons. Due to direct visualization and quantitative evaluation of the peripheral microcirculation DCE-MRT has a diagnostic potential for monitoring therapeutic response in peripheral circulation disorders and sports medicine.

Herzfrequenzvariabilität und Sport

ZusammenfassungNeben dem klinischen Einsatz in der Risikostratifizierung von plötzlichem Herztod und diabetischer autonomer Neuropathie gewinnt die Herzfrequenzvariabilität (HRV) nun auch für die Sportwissenschaft und Sportmedizin zunehmend an Bedeutung. In diesen Feldern wird die HRV derzeit als leistungsdiagnostische Kenngröße, als Kontrollparameter der Beanspruchung und als Steuerparameter der Belastungsintensität untersucht.Aufgrund der großen empirischen Basis kann es als gesichert gelten, dass aerobes Ausdauertraining bei angemessener Intensität und Dauer bei gesunden Personen sowie bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen bis zu einem Alter von 70 Jahren einerseits zu einer Reduktion von Ruhe- und submaximaler Belastungsherzfrequenz, andererseits zu einer Zunahme der instantanen und der globalen HRV führt. Diese Veränderungen, die bereits nach einem 3-monatigen regelmäßigen Ausdauertraining moderaten Umfangs und moderater Intensität nachweisbar sind, reflektieren eine Zunahme der autonomen efferenten kardialen Aktivität mit einer Nettozunahme der vagalen Herzfrequenzmodulation. Darin könnte ein prognostischer Nutzen für Personen liegen, die regelmäßig Ausdauersport betreiben.Der Nutzen der HRV als Methode zur individuellen Trainings- und Belastungssteuerung kann jedoch noch nicht abschließend beurteilt werden, da die vorliegenden Ergebnisse an relativ kleinen Kollektiven erhoben wurden und teilweise, aufgrund unterschiedlicher HRV- und Studienmethodik, widersprüchlich sind. Ob und welche HRV-Indizes sich im Hochleistungssport als Marker von Übertrainingszuständen (Overreaching oder Overtraining) eignen, lässt sich derzeit ebenfalls noch nicht abschätzen. Bezüglich des Overreachings gibt es zwar erste vielversprechende Ergebnisse, die jedoch durch größer angelegte kontrollierte Studien validiert werden müssen.Ein grundsätzliches Problem bei HRV-Analysen ist die Nichtstationarität der zugrundeliegenden RRZeitreihen, die vor allem die Ergebnisse der Spektralanalyse verzerren können. Dies gilt während sportlicher Betätigung in besonderer Weise. Inwieweit hier robustere, nichtlineare HRV-Methoden die Trainingswissenschaft bereichern können, bleibt abzuwarten.AbstractHeart rate variability (HRV) has long been used in risk stratification for sudden cardiac death and diabetic autonomic neuropathy. In recent years, both time and frequency domain indices of HRV also gained increasing interest in sports and training sciences. In these fields, HRV is currently used for the noninvasive assessment of autonomic changes associated with short-term and long-term endurance exercise training in both leisure sports activity and high-performance training. Furthermore, HRV is being investigated as a diagnostic marker of overreaching and overtraining.A large body of evidence shows that, in healthy subjects and cardiovascular patients of all ages (up to an age of 70 years), regular aerobic training usually results in a significant improvement of overall as well as instantaneous HRV. These changes, which are accompanied by significant reductions in heart rates both at rest and during submaximal exercise, reflect an increase in autonomic efferent activity and a shift in favor of enhanced vagal modulation of the cardiac rhythm. Regular aerobic training of moderate volume and intensity over a minimum period of 3 months seems to be necessary to ensure these effects, which might be associated with a prognostic benefit regarding overall mortality.At present, available data does not allow for final conclusions with respect to the usefulness of traditional HRV indices in assessing an individual’s exercise performance and monitoring training load. The discrepant results published so far are due to several factors including insufficient study size and design, and different HRV methods. Large-sized and prospectively designed studies are necessary for clarification. It also remains to be seen, whether the traditional HRV indices prove useful in the diagnosis of overreaching and overtraining. Preliminary results, though promising, need to be confirmed in larger cohorts.A basic problem in HRV analysis is nonstationarity of the heart rate signal, which holds particularly true for exercise conditions. Whether, in these conditions, more robust nonlinear HRV methods offer a benefit has to be established in further work.

Discovering interpretable muscle activation patterns with the temporal data mining method

The understanding of complex muscle coordination is an important goal in human movement science. There are numerous applications in medicine, sports, and robotics. The coordination process can be studied by observing complex, often cyclic movements, which are dynamically repeated in an almost identical manner. In this paper we demonstrate how interpretable temporal patterns can be discovered within raw EMG measurements collected from tests in professional In-Line Speed Skating. We show how the Temporal Data Mining Method, a general framework to discover knowledge in multivariate time series, can be used to extract such temporal patterns. This representation of complex muscle coordination opens up new possibilities to optimize, manipulate, or imitate the movements.

Sportmotorische Fähigkeiten und sportliche Leistungen – Trainingswissenschaft

Trainingswissenschaftliche Kenntnisse sind nicht nur fur den Leistungssport von groser Bedeutung, sondern werden von ganz unterschiedlichen Personengruppen vorausgesetzt. Ob die Sportlehrerin den Fitnesskurs fur das nachste Schuljahr plant, der Fusballtrainer mit seiner Mannschaft die anstehende Saison vorbereitet oder der Physiotherapeut neuartige Methoden und Trainingskonzepte in den Behandlungsalltag integriert – all diese Situationen mussen differenziert betrachtet werden und erfordern ein ubergreifend trainingswissenschaftliches Basiswissen.

Herzfrequenzvariabilität und Sport@@@Heart Rate Variability and Physical Exercise. Current Status: Aktueller Stand

ZusammenfassungNeben dem klinischen Einsatz in der Risikostratifizierung von plötzlichem Herztod und diabetischer autonomer Neuropathie gewinnt die Herzfrequenzvariabilität (HRV) nun auch für die Sportwissenschaft und Sportmedizin zunehmend an Bedeutung. In diesen Feldern wird die HRV derzeit als leistungsdiagnostische Kenngröße, als Kontrollparameter der Beanspruchung und als Steuerparameter der Belastungsintensität untersucht.Aufgrund der großen empirischen Basis kann es als gesichert gelten, dass aerobes Ausdauertraining bei angemessener Intensität und Dauer bei gesunden Personen sowie bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen bis zu einem Alter von 70 Jahren einerseits zu einer Reduktion von Ruhe- und submaximaler Belastungsherzfrequenz, andererseits zu einer Zunahme der instantanen und der globalen HRV führt. Diese Veränderungen, die bereits nach einem 3-monatigen regelmäßigen Ausdauertraining moderaten Umfangs und moderater Intensität nachweisbar sind, reflektieren eine Zunahme der autonomen efferenten kardialen Aktivität mit einer Nettozunahme der vagalen Herzfrequenzmodulation. Darin könnte ein prognostischer Nutzen für Personen liegen, die regelmäßig Ausdauersport betreiben.Der Nutzen der HRV als Methode zur individuellen Trainings- und Belastungssteuerung kann jedoch noch nicht abschließend beurteilt werden, da die vorliegenden Ergebnisse an relativ kleinen Kollektiven erhoben wurden und teilweise, aufgrund unterschiedlicher HRV- und Studienmethodik, widersprüchlich sind. Ob und welche HRV-Indizes sich im Hochleistungssport als Marker von Übertrainingszuständen (Overreaching oder Overtraining) eignen, lässt sich derzeit ebenfalls noch nicht abschätzen. Bezüglich des Overreachings gibt es zwar erste vielversprechende Ergebnisse, die jedoch durch größer angelegte kontrollierte Studien validiert werden müssen.Ein grundsätzliches Problem bei HRV-Analysen ist die Nichtstationarität der zugrundeliegenden RRZeitreihen, die vor allem die Ergebnisse der Spektralanalyse verzerren können. Dies gilt während sportlicher Betätigung in besonderer Weise. Inwieweit hier robustere, nichtlineare HRV-Methoden die Trainingswissenschaft bereichern können, bleibt abzuwarten.AbstractHeart rate variability (HRV) has long been used in risk stratification for sudden cardiac death and diabetic autonomic neuropathy. In recent years, both time and frequency domain indices of HRV also gained increasing interest in sports and training sciences. In these fields, HRV is currently used for the noninvasive assessment of autonomic changes associated with short-term and long-term endurance exercise training in both leisure sports activity and high-performance training. Furthermore, HRV is being investigated as a diagnostic marker of overreaching and overtraining.A large body of evidence shows that, in healthy subjects and cardiovascular patients of all ages (up to an age of 70 years), regular aerobic training usually results in a significant improvement of overall as well as instantaneous HRV. These changes, which are accompanied by significant reductions in heart rates both at rest and during submaximal exercise, reflect an increase in autonomic efferent activity and a shift in favor of enhanced vagal modulation of the cardiac rhythm. Regular aerobic training of moderate volume and intensity over a minimum period of 3 months seems to be necessary to ensure these effects, which might be associated with a prognostic benefit regarding overall mortality.At present, available data does not allow for final conclusions with respect to the usefulness of traditional HRV indices in assessing an individual’s exercise performance and monitoring training load. The discrepant results published so far are due to several factors including insufficient study size and design, and different HRV methods. Large-sized and prospectively designed studies are necessary for clarification. It also remains to be seen, whether the traditional HRV indices prove useful in the diagnosis of overreaching and overtraining. Preliminary results, though promising, need to be confirmed in larger cohorts.A basic problem in HRV analysis is nonstationarity of the heart rate signal, which holds particularly true for exercise conditions. Whether, in these conditions, more robust nonlinear HRV methods offer a benefit has to be established in further work.

Magnetresonanztomographische Diagnostik der peripheren Durchblutung*@@@MR-Imaging of Lower Leg Muscle Perfusion

Ziel:Eignung und kasuistische Anwendung der dynamischen kontrastverstärkten Magnetresonanztomographie (DCEMRT) zur Erfassung der peripheren Durchblutung im Unterschenkel.Patienten und Methodik:Bei einer Patientin mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit (pAVK), einem Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) ohne klinische Zeichen einer pAVK, einer Normalperson mit ausreichender körperlicher Aktivität gemäß Freiburger Aktivitätsscore und zwei Leistungssportlern wird der krurale Muskelstatus mit einer isometrischen Maximalkraftmessung bestimmt. Nach Kalibrierung des speziell konstruierten Plantarflexionsergometers MRPEDALO® zur Durchführung auxotoner Muskelarbeit durch 1-minütige alternierende Fußextension und -flexion im MRTGerät wird die DCE-MRT vor und nach Belastung durchgeführt (T1w 2D-FLASH-GE-Sequenz mit TR/TE/α: 100 ms/6 ms/70°; Bildfeld: 400; Matrix: 81 × 256; Schichtdicke: 10 mm; Akquisitionen: 73 à 8,3 s; Messzeit: 9,24 min; Bolusapplikation von Magnevist®, Schering, 0,02 ml/kg KG, 20 ml NaCl Bolus, Flow 2 ml/s, kubitale 22G-Kanüle). Semiquantitative Kurvenauswertung mit DynaVision® (MeVis gGmbH).Ergebnisse:Die Messung der peripheren Durchblutung benötigt geeignete Belastungstests. Nach Muskelarbeit zwischen 52 Wattsekunden (Ws) und 244 Ws bzw. 0,65 W und 4,07 W, die in Relation zur trainingsbedingt stark unterschiedlichen isometrischen Maximalkraft für eine interindividuell annähernd vergleichbare Belastung sprechen, finden sich ausgeprägte Änderungen der Signalintensitäts-(SI-)Kurven für den Musculus peronaeus, in geringerem Ausmaß auch für den Musculus tibialis anterior, die mit der Time-to-Peak (TTP) und der Mean-Intensityto- Time-Ratio (MITR) sowie dem individuellen Muskelstatus korrelieren. Der Musculus gastrocnemius zeigt dagegen vergleichsweise geringe Kurvenänderungen. Die relative Verkürzung der TTP und Verlängerung der MITR nach Belastung, der eine verbesserte Mobilisierung der Durchblutungsreserve entspricht, ist bei Leistungssportlern besonders deutlich ausgeprägt. Die DCEMRT spricht darüber hinaus für individuell unterschiedliche Muskelkoordinationsstrategien trotz in der Größenordnung vergleichbarer Flexions- und Extensionsbelastung.Schlussfolgerung:Die nichtinvasive semiquantitative Messung der belastungsabhängigen Muskeldurchblutung der Unterschenkel ist mit der DCE-MRT möglich, bedarf aber für inter- und intraindividuelle Vergleiche einer weiteren Standardisierung. Die Methode besitzt diagnostisches Potential für das Therapiemonitoring sowie die Sport- und Rehabilitationsmedizin durch Visualisierung und Quantifizierung der peripheren Mikrozirkulation und additiver Information über die muskuläre Koordination.Purpose:This article describes the potential of dynamic contrast- enhanced magnetic resonance tomography (DCE-MRT) for the visualization and quantification of blood flow of lower leg muscles at rest and after individually adjusted muscular exercise.Patients and Methods:Five cases were chosen to exemplify the qualitative and semi-quantitative blood flow evaluation in the lower leg muscles. The crural muscle state was determined with an isometric maximal strength measurement from a female patient with peripheral arterial occlusive disease (pAVK), a male patient with coronary heart disease (KHK) without clinical signs of a pAVK, a volunteer with sufficient physical activity in accordance with the Freiburg Questionnaire of Physical Activity and two professional athletes. After calibration of the plantarflexion ergometer MR-PEDALO® (Figures 2a and 2b) for the execution of auxotonic muscle work a 1- minute alternating foot extension and flexion exercise on MRPEDALO® was performed in the MR machine. Instead of the lower leg splint shown in Figures 2a and 2b the MR coil fits exactly in MR-PEDALO® used for DCE-MRT. Mechanical work performed during the 1-minute exercise ranged from 52 watt seconds (Ws) to 244 Ws (0.65 W to 4.07 W), indicating similar interindividual work loads in relation to the individual maximum isometric strength. DCE-MRT was performed at rest and immediately after auxotonic exercise test (T1w 2DFLASH- GE sequence with TR/TE/α: 100 ms/6 ms/70°; field of view: 400; matrix: 81 × 256; slice thickness: 10 mm; acquisitions: 73 at 8.3 s each; total examination time: 9.24 min; bolus application of Magnevist®, Schering, 0.02 ml/kg kg, 20 ml bolus NaCl, flow 2 ml/s, 22G cannula in a cubital vein). Signal intensity (SI) curves were analyzed with DynaVision® (MeVis gGmbH, Bremen, Germany).Results:Measuring peripheral blood flow needs appropriate muscular stress tests. The SI-curves of the region of interest (ROI) representing the peroneus, tibialis anterior and gastrocnemius muscle run almost parallel at rest. Workloads between 52 Ws and 244 Ws (0.65 W and 4.07 W), similar in relation to the individual maximum isometric strength, induce distinctive changes of the upslope, wash-in, peak and washout of SI-curves preferably for the peroneus muscle and less predominant also for the tibialis anterior muscle and gastrocnemius muscle respectively. The first case, a 55-year-old female patient with peripheral arterial occlusive disease (pAVK) stage Fontaine IIb before (Figure 3a) and after (Figure 3b) percutaneous transluminal angioplasty (PTA) of a right femoral artery stenosis shows after interventional treatment a rapid post-exercise SI-increase in the peroneus muscle. The steeper SI-curve indicates a better contrast medium inflow due to an improved perfusion. The second case, a 65-year-old man suffering from coronary heart disease without clinical signs of pAVK (Figure 4) exercised with a workload of 92 Ws. After stress test the ROI for the peroneus muscle shows a clear intensity increase. After exercise the SI-curve for the tibialis anterior muscle shows a similar, but less predominant change while the shape of the SI-curve of the gastrocnemius muscle remains mainly identical. A 23-year-old male person with average physical activity (Figure 5) performed DCE-MRT of the left lower leg after stress test with 172 Ws demonstrating a rapid signal increase in the peroneus muscle while the synergistic tibialis anterior muscle and antagonistic gastrocnemius muscle show a comparatively slow contrast-medium wash-in. A 26-year-old male athlete (Figure 6) exercised with 196 Ws showing a rapid contrast medium inflow in the peroneus muscle and initially also in the synergistic tibialis anterior muscle. A contrast-medium wash-out appears in both muscles, while the shape of the gastrocnemius muscle SI-curve remains substantially unchanged. A 26-year-old female athlete (Figure 7) exercised with 244 Ws. Post exercise SI-curves show a distinctive and rapid increase of contrast medium wash-in with a sharp peak particularly in the peroneus muscle and similarly in the tibialis anterior and gastrocnemius muscle. After exercise all SI-curves show a wash-out phase.Conclusion:SI-curves show relative increase in correlation with Time-to-Peak (TTP) decrease and Mean-Intensity to Time Ratio (MITR) increase indicating blood flow reserve mobilization after exercise. Individual muscle state seems to be linked to muscle recruitment and muscle coordination reflected by post-exercise SI-curves. The gastrocnemius muscle shows comparatively low SI-curve changes after muscular load test. Further methodological standardization and optimization of the stress test is mandatory to assure intra- and interindividual comparisons. Due to direct visualization and quantitative evaluation of the peripheral microcirculation DCE-MRT has a diagnostic potential for monitoring therapeutic response in peripheral circulation disorders and sports medicine.