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Background: Protection against airborne infection is currently, due to the COVID-19-associated restrictions, ubiquitously applied during public transport use, work and leisure time. Increased carbon dioxide re-inhalation and breathing resistance may result thereof and, in turn, may negatively impact metabolism and performance.
Objectives: To deduce the impact of the surgical mask and filtering face piece type 2 (FFP2) or N95 respirator application on gas exchange (pulse-derived oxygen saturation (SpO2), carbon dioxide partial pressure (PCO2), carbon dioxide exhalation (VCO2) and oxygen uptake (VO2)), pulmonary function (respiratory rate and ventilation) and physical performance (heart rate HR, peak power output Wpeak).
Methods: Systematic review with meta-analysis. Literature available in Medline/Pubmed, the Cochrane Library and the Web of Knowledge with the last search on the 6th of May 2021. Eligibility criteria: Randomised controlled parallel group or crossover trials (RCT), full-text availability, comparison of the acute effects of ≥ 1 intervention (surgical mask or FFP2/N95 application) to a control/comparator condition (i.e. no mask wearing). Participants were required to be healthy humans and > 16 years of age without conditions or illnesses influencing pulmonary function or metabolism. Risk of bias was rated using the crossover extension of the Cochrane risk of bias assessment tool II. Standardised mean differences (SMD, Hedges' g) with 95% confidence intervals (CI) were calculated, overall and for subgroups based on mask and exercise type, as pooled effect size estimators in our random-effects meta-analysis.
Results: Of the 1499 records retrieved, 14 RCTs (all crossover trials, high risk of bias) with 25 independent intervention arms (effect sizes per outcome) on 246 participants were included. Masks led to a decrease in SpO2 during vigorous intensity exercise (6 effect sizes; SMD = − 0.40 [95% CI: − 0.70, − 0.09], mostly attributed to FFP2/N95) and to a SpO2-increase during rest (5 effect sizes; SMD = 0.34 [95% CI: 0.04, 0.64]); no general effect of mask wearing on SpO2 occurred (21 effect sizes, SMD = 0.34 [95% CI: 0.04, 0.64]). Wearing a mask led to a general oxygen uptake decrease (5 effect sizes, SMD = − 0.44 [95% CI: − 0.75, − 0.14]), to slower respiratory rates (15 effect sizes, SMD = − 0.25 [95% CI: − 0.44, − 0.06]) and to a decreased ventilation (11 effect sizes, SMD = − 0.43 [95% CI: − 0.74, − 0.12]). Heart rate (25 effect sizes; SMD = 0.05 [95% CI: − 0.09, 0.19]), Wpeak (9 effect sizes; SMD = − 0.12 [95% CI: − 0.39, 0.15]), PCO2 (11 effect sizes; SMD = 0.07 [95% CI: − 0.14, 0.29]) and VCO2 (4 effect sizes, SMD = − 0.30 [95% CI: − 0.71, 0.10]) were not different to the control, either in total or dependent on mask type or physical activity status.
Conclusion: The number of crossover-RCT studies was low and the designs displayed a high risk of bias. The within-mask- and -intensity-homogeneous effects on gas exchange kinetics indicated larger detrimental effects during exhausting physical activities. Pulse-derived oxygen saturation was increased during rest when a mask was applied, whereas wearing a mask during exhausting exercise led to decreased oxygen saturation. Breathing frequency and ventilation adaptations were not related to exercise intensity. FFP2/N95 and, to a lesser extent, surgical mask application negatively impacted the capacity for gas exchange and pulmonary function but not the peak physical performance.
Registration: Prospero registration number: CRD42021244634
Hintergrund: Ein Großteil der Rupturen des vorderen Kreuzbandes (VKB) ereignet sich ohne Gegnerkontakt. Misslungene Landungen zählen zu den häufigsten kontaktlosen Verletzungsursachen, insbesondere bei Spielsportler/-innen. Im Vergleich zu vorgeplanten/antizipierten Landungen reduzieren unvorhersehbare/nicht-antizipierte Landeanforderungen, bei denen die Entscheidung für das Landebein erst in der Luft getroffen wird, die biomechanische Landestabilität. Die veränderte Landecharakteristik wird mit einem gesteigerten VKB-Ruptur-Risiko in Verbindung gebracht.
Ziele: Diese Dissertation überprüft, ob VKB-rekonstruierte (VKBR) im Vergleich zu verletzungsfreien Testpersonen (KG) eine stärkere Abnahme der Lande- und Entscheidungsqualität unter nicht-antizipierten gegenüber antizipierten Landeanforderungen (höhere nicht-antizipierte Landekosten) aufweisen. Zudem wird innerhalb beider Gruppen untersucht, inwiefern die potenziell vorhandenen nicht-antizipierten Landekosten mit spezifischen niedrigeren und höheren kognitiven Funktionen assoziiert sind. Darüber hinaus werden die erfassten kognitiven Messgrößen auf Gruppenunterschiede überprüft.
Methode: Zehn VKBR-Testpersonen (28 ± 4 Jahre, alle männlich) und 20 Kontrolltestpersonen ohne VKB-Verletzungshistorie (27 ± 4 Jahre, alle männlich) führten jeweils 70 Counter-Movement-Jumps mit einbeinigen Landungen auf eine Druckmessplatte durch. Alle Probanden absolvierten in randomisierter Reihenfolge eine antizipierte (Landung auf links oder rechts bereits vor Absprung bekannt) und eine nicht-antizipierte/-vorplanbare (visuelle Landeinformation erst nach Absprung angezeigt; etwa 360 ms vor Bodenkontakt) Landebedingung (n = 35 jeweils). Die Operationalisierung der biomechanischen Landestabilität erfolgte anhand der maximalen vertikalen Bodenreaktionskraft (peak ground reaction force, pVGRF), Stabilisationszeit (time to stabilisation, TTS), posturalen Schwankung (center of pressure, COP) sowie der Standsicherheit (Anzahl an Standfehler; Bodenberührung mit Spielbein). Die Entscheidungsqualität wurde anhand der Landefehlerzahl (Landung mit falschem Fuß oder beidfüßig) bewertet. Zur Erfassung niedrigerer (z. B. Reaktionsgeschwindigkeit, visuelle Wahrnehmung) und höherer kognitiver Funktionen (z. B. kognitive Flexibilität, Arbeitsgedächtnis, Inhibitionskontrolle) kamen Computer- sowie Papier-und-Stiftbasierte Tests zum Einsatz.
Ergebnisse: Innerhalb beider Gruppen führte die nicht-antizipierte im Vergleich zur antizipierten Landebedingung zu höheren COP-Werten (KG: p < 0,01; d=1,1; VKBR: p < 0,01; d = 1,1) sowie zu mehr Stand- (KG: p < 0,001; d = 0,9; VKBR: p < 0,05; d = 0,6) und Lande-fehlern (KG: p < 0.01; d = 1,3; VKBR: p < 0,001; d = 1,9). Keine Unterschiede zeigten sich im Hinblick auf TTS und pVGRF (p > 0,05). Weder innerhalb noch zwischen den Bedingungen differierten die beiden Gruppen in einem der erfassten Lande-/Entscheidungsparameter systematisch (p > 0,05). Innerhalb der KG war die Zunahme der COP-Schwankungen mit einer geringeren Interferenzkontrolle assoziiert (r = 0,48; p < 0,05). Eine höhere Anzahl nicht-antizipierter Landefehler (geringere Entscheidungsqualität) stand in einem signifikanten Zusammenhang (Kovariate: Flugzeit/Sprungdauer) mit einer geringeren kognitiven Flexibilitäts-/Arbeitsgedächtnis- (r = 0,54; p < 0,05) und Kurzzeitgedächtnisleistung (r = -0,55; p < 0,05). Ähnlich verhielt es sich in der VKBR-Gruppe. Allerdings erreichten die Zusammenhänge hier keine statistische Signifikanz (p > 0,05). Innerhalb der VKBR-Gruppe war jedoch eine geringere Entscheidungsqualität mit einer verminderten Interferenz- (r = 0.67, p < 0,05) und Aufmerksamkeitskontrolle (r = 0.66, p < 0,05) korreliert. Im Gegensatz zu den nicht-antizipierten Landefehlern, ergab sich für KG im Hinblick auf die Zunahme der Standfehlerzahl (nicht-antizipierte Landekosten) ein umgekehrt proportionaler Zusammenhang mit einer höheren kognitiven Flexibilität-/ Arbeitsgedächtnis- (r = -0,48; p < 0,05) und Kurzzeitgedächtnisleistung (r = 0,50; p < 0,05). Im Vergleich zur KG, wiesen die VKBR-Testpersonen eine schnellere visuell-motorische Reaktionsgeschwindigkeit auf (p < 0,05). Ansonsten unterschieden sich die Gruppen in keiner der getesteten kognitiven Dimensionen signifikant.
Schlussfolgerungen: Den Ergebnissen dieser Dissertation zufolge, scheinen VKBR- im Vergleich zu Kontrolltestpersonen keine größeren Schwierigkeiten im Umgang mit den nicht-antizipierten Landeanforderungen aufzuweisen. Zudem liefern die Resultate erstmals Hinweise für die Relevanz der höheren kognitiven Funktionen für die Landesicherheit unter nicht-antizipierten Anforderungen. Diese Zusammenhänge sind insofern von besonderer Relevanz, als dass die in beiden Gruppen detektierten nicht-antizipierten Landekosten, Spielsporttreibende einem erhöhten Verletzungsrisiko aussetzen können. Die Verifizierung dieser Befunde durch zukünftige Studien bietet daher wertvolle primär- und sekundärpräventive Potenziale durch eine stärkere inhaltliche Ausrichtung der Trainings- und Therapiepraxis auf die komplexen kognitiv-motorischen Spielanforderungen.