Forschung

Entwicklung eines Modells zur Simulation konzentrischer Beinstreckbewegungen unter Berücksichtigung interagierender Muskeln

Azyklische Beinstreckbewegungen stellen mit der Erzeugung hoher Absprunggeschwindigkeiten in vielen Sportarten wesentliche Teilleistungen dar, die durch Gelenkleistungen der unteren Extremitäten limitiert werden. An maximal willentlich ausgeführten Beinstreckbewegungen mit dem Ziel größtmöglicher Endbeschleunigung des Körperschwerpunkts hat die kniestreckende Muskulatur den größten Anteil. Mit geeigneten Muskelparametern lässt sich das Kontraktionsverhalten und damit die mechanische Antriebsleistung von Muskeln unter verschiedenen Arbeitsbedingungen kennzeichnen und das Training wirksam steuern. In dieser Arbeit wurde ein Instrumentarium zur individuellen Bestimmung von Muskelparametern der Kraft-Geschwindigkeit-Längen-Relation für die Kniestrecker entwickelt. Dies beinhaltete ein isokinetisches Testprogramm das die von antagonistischen Einflüssen isolierte Kraftdiagnose der kniestreckenden Muskulatur gewährleistet. Mit den in den Tests erhobenen Eingangsdaten konnten mit einem wirklichkeitsnahen Geometriemodell, inverser Dynamik und einem Optimierungsverfahren plausible Muskelparameter, u. a. die maximale Muskelleistung, für sechs Kadersportler berechnet werden. Am Beispiel eines Strecksprungs ohne Sprunggelenkeinsatz wurde gezeigt, dass die berechneten Parameter zur muskelkraftgesteuerten Simulation in Muskel-Skelett-Modellen geeignet sind und so die Optimierung der sportlichen Technik unter Berücksichtigung der individuell limitierten Antriebsleistung im Kniegelenk möglich ist. Zum Dokumentenserver

Untersuchungen zur Bewegungsstruktur der Wettkampfübung Reißen und der Trainingsübung Zug breit im Gewichtheben

Im Gewichtheben muss der Sportler in der Wettkampfübung (WKÜ) Reißen die Hantel für eine gültige maximale Hebung auf ca. 2,0 m/s beschleunigen. Die Höhe der vertikalen Beschleunigung ist das Ergebnis der Kraftfähigkeiten der Gelenkantriebe in den unteren Extremitäten (Knöchel, Knie, Hüfte). Zur Steigerung der Beschleunigung in der WKÜ Reißen wird im Schnellkrafttraining des Gewichthebens die Trainingsübung (TÜ) Zug breit genutzt. Es wird angenommen, dass diese TÜ eine spezifische Belastung zur Kräftigung der Gelenkantriebe erzielt, wodurch sich die Beschleunigungswirkung an der Hantel erhöht. Bislang ist unbekannt, welche Gelenkbelastungen der unteren Extremitäten beim Training mit der TÜ Zug breit erzeugt werden und wie spezifisch diese Gelenkbelastungen im Vergleich zu den Anforderungen der WKÜ Reißen unter Wettkampfbedingungen sind. Veränderte Gelenkbelastungen haben eine veränderte neuromuskuläre Beanspruchung der Gelenkantriebe und damit eine veränderte Trainingswirkung zur Folge. Zur Abschätzung der Beanspruchung der Gelenkantriebe im Gewichtheben anhand der Gelenkbelastung wurde in einem 10-wöchigen Trainingszyklus mit sechs Perspektivkader-Athleten in der sechsten und zehnten Woche ein Test durchgeführt. Bei diesen beiden Tests führten die Athleten die TÜ Zug breit und WKÜ Reißen aus. Es wurde nachgewiesen, dass sich in der TÜ Zug breit mit steigender Hantellast die Gelenkbelastung für Knöchel und Hüfte erhöht, während die Belastung des Kniegelenks konstant bleibt. Weiterhin wurde deutlich, dass vom ersten zum zweiten Test in der TÜ Zug breit eine Umverteilung der Gelenkbelastung vom Knie auf Hüfte und Knöchel stattgefunden hat. Im direkten Vergleich der TÜ Zug breit mit der WKÜ Reißen zeigten sich Unterschiede in den Teilbewegungsphasen der Beschleunigungsphase hinsichtlich der Belastung/Antriebsleistung einzelner Gelenke. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse für die Belastungsgestaltung auf Gelenkebene der TÜ Zug breit kann geschlussfolgert werden, dass die TÜ Zug breit vorrangig die 2. Zugphase der WKÜ Reißen trainiert. Die Ergebnisse haben aufgezeigt, dass die Analyse der Gelenkbelastung eine Möglichkeit darstellt, die potenzielle Wirkung einer Trainingsübung für die Wettkampfübung im Gewichtheben abzuschätzen. Zum DoKumentenserver

Veränderung der Struktur elementarer Schnelligkeitsleistungen im Altersgang

Auch nach Jahrzehnten des wissenschaftlichen Diskurses ist die motorische Schnelligkeit weiterhin ein kontrovers diskutierter Gegenstandsbereich. Die fehlende Möglichkeit einer klaren Abgrenzung, zu den anderen Phänomenen der menschlichen Motorik gilt als ursächlich. Im internationalen Vergleich der Theoriepositionen scheint eine klare Abgrenzung der Schnelligkeit noch weitaus schwieriger. Die im deutschsprachigen Raum vertretenen Theoriekonzepte lassen sich nur bedingt in die der englischsprachigen Literatur überführen. Das theoretische Fundament dieser Arbeit ist die Annahme, dass die motorische Schnelligkeit aus elementaren und komplexen Anteilen besteht. Für die elementare motorische Schnelligkeit als Gegenstand dieser Arbeit wird das theoretische Konstrukt nach Voss/Witt/Werthner (2007) zugrunde gelegt. Durch empirische Daten aus drei Kohorten, erhoben im Querschnittsdesign, sollte das Konstrukt der elementaren motorischen Schnelligkeit bestätigt werden. Daneben stand auch die Frage, ob die elementare motorische Schnelligkeit bereits im frühen Erwachsenenalter deutliche Leistungsminderungen erkennen lässt, wie es verallgemeinernde Annahmen zur motorischen Schnelligkeit in der Literatur z.T. vermuten lassen. Für die Untersuchungen wurden einige der motorischen Testverfahren neu entwickelt. Mit einem explorativen Ansatz wurden die Daten untersucht und mit einer explorativen Faktorenanalyse das Strukturgefüge in den drei Kohorten herausgearbeitet. Im Ergebnis kann die bisher theoriegeleitete Dimensionalität der elementaren motorischen Schnelligkeit mit empirischen Daten belegt werden. In diesem Zusammenhang zeigt sich, dass die innere Struktur der elementaren motorischen Schnelligkeit vom Kindes- zum Erwachsenenalter offenbar noch Prozesse der Ausdifferenzierung erfährt. Die Kognition wurde bislang als ein die Schnelligkeit mitbestimmender Faktor angenommen. Aus den vorliegenden Ergebnissen könnte auch eine eigenständige Dimension im Strukturgefüge der elementaren motorischen Schnelligkeit geschlussfolgert werden. In der Literatur gibt es kontroverse Auffassungen, ob es sich bei der Schnelligkeit um ein auf einzelne Muskelgruppen lokal begrenztes Phänomen handelt. Die vorliegenden Daten deuten in dieser Diskussion darauf hin, dass keine lokale Eingrenzung vorliegt. zum DoKumentenserver

Einfluss von Atemverhalten und Training auf die Energiebereitstellung am Beispiel des Freistilschwimmens

Die Schwimmer des Deutschen Schwimmverbands verlieren zunehmend den Anschluss an die Weltspitze, was sich in einer sinkenden Anzahl von Medaillen bei internationalen Großereignissen äußert. Als Ursache wurden Mängel im langfristigen Leistungsaufbau identifiziert; in Folge dessen wurden spezifischere Inhalte für das Grundlagenausdauertraining gefordert, um die wettkampfspezifischen Kraftvoraussetzungen besser vorzubereiten. Da gezeigt werden konnte, dass die Atmung im Freistilschwimmen leistungsbegrenzend wirkt, sollte untersucht werden, wie sich durch ein gezieltes Training der Atemmuskulatur bislang ungenutzte Leistungsreserven erschließen lassen. Darüber hinaus sollte die Reaktion auf Hypoventilation unter Belastung getestet werden, da eine Analyse der Atemrhythmen international erfolgreicher Schwimmer ergeben hatte, dass sich niederfrequente Atmung im Wettkampf vorteilhaft auf die Leistung auswirkt. Dazu wurde eine Interventionsstudie mit 15 Nachwuchsschwimmern im Crossover-Design durchgeführt. Während des ersten und des zweiten Makrozyklus des Trainings- und Wettkampfjahres (TWJ) führten je sechs Sportler ein achtwöchiges Atemtraining mit einem POWERbreathe-Gerät durch. Zur Quantifizierung der Leistungsfähigkeit und der Veränderung physiologischer Parameter durch Training wurden vor und nach jeder Intervention Stufentests im Strömungskanal durchgeführt, wobei drei verschiedene Intensitäten und zwei Atemfrequenzen ausgewertet wurden. Das Hauptergebnis der Studie bestand in einer verbesserten Kraftfähigkeit und Ökonomie der Atemmuskulatur, was sich bei isolierter Belastung in Form einer Vergrößerung des maximalen Minutenvolumens zeigte und beim Schwimmen zu verringerten Laktatwerten und niedrigerer Zyklusfrequenz bei gleichbleibender Belastung führte. Die Trainingswirkung wird dabei auf eine weniger starke Ausprägung des inspiratorischen Metaboreflexes und eine Optimierung der Vortriebsphasen in Folge einer schnelleren Inspiration zurückgeführt. Durch das Atemtraining konnte die respiratorische Muskulatur in Trainingsphasen niedrigerer Intensität auf die höheren Belastungen im späteren Verlauf des TWJ vorbereitet werden. Der Einsatz eines solchen Trainings hat daher das Potential, die Leistungsfähigkeit von Freistilschwimmern zu steigern. zum Dokumentenserver

Assoziationsstudie zur genetischen Determiniertheit von elementarer motorischer Schnelligkeit*

* die Arbeit wurde an der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig verteidigt

Zusammenfassung:

Die elementare motorische Schnelligkeit beschreibt einen Teil der motorischen Schnelligkeit. Im Vergleich zur komplexen motorischen Schnelligkeit ist sie unabhängig von der ausgeübten Sportart und lässt sich über vier Dimensionen charakterisieren: Reaktionsschnelligkeit, Schnelligkeit bei zyklischen Bewegungen (Frequenzschnelligkeit), Schnelligkeit bei azyklisch reaktiven Bewegungen (Schnelligkeit im Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus) und Schnelligkeit von willkürlich initiierbaren Bewegungen (Kontraktionsschnelligkeit). Aufgrund der enormen Bedeutung der Schnelligkeit sowohl für den Leistungs- als auch für den Gesundheitssport ist die weitere Aufklärung der Einflussfaktoren und des Charakters der elementaren motorischen Schnelligkeit von großem Interesse. Ziel dieser Arbeit war es demzufolge, in einer Assoziationsstudie Kandidatengene bzw. genetische Marker zu finden, die mit einer erhöhten Schnelligkeit in den einzelnen durchgeführten Test assoziieren und so Aussagen über den Charakter der elementaren Schnelligkeit zu ermöglichen. Auch sollte sie zur Schnellkraft hinabgegrenzt werden können. Dies könnte zur verbesserten Trainierbarkeit von Schnelligkeit führen. Dabei ist zu erwähnen, dass dies die erste Arbeit ist, die sich mit dem Phänotyp der elementaren motorischen Schnelligkeit und seinem genetischen Profil beschäftigt. Die Auswahl der Kandidatengene bzw. der genetischen Marker erfolgte aufgrund bereits bekannter Assoziationen von - mit der elementaren motorischen Schnelligkeit – ähnlichen Phänotypen (z.B. ACTN3 oder ACE) oder aufgrund der biologischen Funktionen des entsprechenden Proteins (z.B. DCDC2 oder PLP1). Im ersten Schritt erfolgte dabei der Aufbau einer Phänotyp-Genotyp-Datenbank. Die DANN-Proben wurden hinsichtlich ausgewählter genetischer Marker und anschließend statistisch ausgewertet. Dabei wurde nach Assoziationen zwischen der Häufigkeit eines SNPs (single nucleotide polymorphism) und der Schnelligkeitsleistung in den verschiedenen durchgeführten Tests gesucht.

Zur Erfassung des Phänotyps wurde auf eine bereits bestehende bzw. parallel zu der Arbeit erstellte Testbatterie aus der Sportwissenschaftlichen Fakultät der Universität Leipzig zurückgegriffen. Die Genotypisierung der Polymorphismen erfolgte nach dem Taq Man® Genotyping Protokoll, die Ins/Del im ACE-Gen wurde mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion mit anschließender Visualisierung in der Gelelektrophorese in einem Agarosegel untersucht.

Die statistische Auswertung erfolgte unter Benutzung der linearen Regressionsanalyse. Dabei wurde die multivariate lineare Beziehung zwischen dem Genotyp und den einzelnen Parametern der durchgeführten sportmotorischen Tests untersucht. Alle Ergebnisse sind dabei ohne Bonferroni-Korrektur  auf multiples Testen angegeben, die Assoziationen sind also nur nominal (p≤0,05). Auffallend ist, dass sich viele Assoziationen auf Schnellkraftparameter beziehen. Dies könnte ein Hinweis sein, die Auswahl der Kandidatengene entsprechend anzupassen. Die meisten Assoziationen finden sich für den SNP rs793834 des DCDC2-Gens, jedoch werden alle assoziierten Parameter der Schnellkraft zugeordnet (vgl. Tab. 17). Dieser SNP ist bekannt durch seine Assoziation des T-Allels mit signifikant weniger Volumen an weißer Substanz in der linken temporoparietalen Partie, sowie einem dickeren Kortex im linken Gyrus supramaginalis und im lateralen occipital Kortex. Dennoch wäre es von Interesse herauszufinden, ob dieser SNP zu ähnlichen strukturellen Veränderungen in Gehirnregionen führt, denen ein Einfluss auf die motorische Schnelligkeit zugeschrieben wird.

Kritisch zu hinterfragen ist jedoch die statistische Power dieser Studie. Bedingt durch die, für genetische Studien, geringe Probandenzahl sowie die noch nicht abschließend geklärte Validität und Reliabilität der sportmotorischen Tests. So konnte kein SNP der Bonferoni-Korrektur standhalten. Jedoch lassen sich basierend auf diesen Ergebnissen neue Ansätze zur Ergründung der elementaren motorischen Schnelligkeit finden (Erweiterung des Kandidatengen-Pools, Vergrößerung der Kohorte).

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Untersuchuchungen zur Quantifizierung des Energieeintrags und -transfers innerhalb der oberen Extremitäten und deren Bedeutung für die Wettkampfleistung im Speerwurf der Männer

Für das Erlernen der Technik des Speerwurfs wird ein Technikmodell verwendet, dem sowohl Erkenntnisse aus der Praxis als auch Forschungsergebnisse aus anderen Schlagwurfdisziplinen (Baseball, Handball) teilweise widersprechen. So wird im Baseball ein Antrieb des Wurfarms vor allem durch die vorgeschalteten Segmente beschrieben, während im Technikmodell des Speerwurfs Elemente, die einen aktiven Antrieb des Ellenbogens kennzeichnen, verankert sind. Wie genau der Antrieb der Gelenke und des Speers im Speerwurf erfolgt, war bisher noch nicht Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. In dieser Arbeit wird die Frage aufgeworfen, inwieweit sich die Antriebsmechanismen im Speerwurf und im Baseball ähneln. Für die Beantwortung dieser Fragestellung wurde ein Körpermodell in Anlehnung an Roach (2012) entwickelt, das sich aus sechs starren Segmenten (Hand, Unterarm, Oberarm, Thorax, Abdomen, Becken) zusammensetzt. Dieses Modell wurde mit den Bewegungsdaten von zehn männlichen Speerwerfern des D/C–A-Kaders gespeist. Die Probanden wurden dazu mit 24 reflektierenden Markern an markanten Körperpunkten präpariert und ihre Speerwurfbewegung mit einem Infrarotkamerasystem aufgezeichnet. Zusätzlich wurde der Einfluss der Gerätelast auf die Antriebsmechanismen durch eine Variation der Gerätemasse untersucht (Unterlast/Überlast). Mithilfe der Fusion der Bewegungsdaten mit dem Körpermodell sowie den Methoden der inversen Kinematik und Kinetik erfolgte die Berechnung verschiedener biomechanischer Verläufe und Kenngrößen. Durch zusammenhangsprüfende Verfahren wurde der Einfluss dieser Kenngrößen auf die Abwurfparameter geprüft. Für Vergleiche zwischen den verschiedenen Speerlasten wurden unterschiedsprüfende Verfahren angewendet. Die Ergebnisse zeigen, dass der Großteil der für die Abwurfgeschwindigkeit nötigen Energie bereits vor dem Einsatz des Wurfarms erzeugt wird; der Arm selbst fungiert nur noch als Energieüberträger. Das Schultergelenk ist das letzte Gelenk, das durch einen Eintrag von Energie zur Endgeschwindigkeit beiträgt; Ellenbogenund Handgelenk sind lediglich Überträger. Dem Ellenbogen kommt trotzdem eine wichtige Rolle zu: Durch seine Beugung kann das Massenträgheitsmoment des Arms und somit die Vorspannung der Schultermuskulatur verändert werden. Eine Veränderung der Gerätemasse bewirkt weiterhin eine Veränderung der Antriebsmechanismen; Lasten, die nicht dem Wettkampfgewicht entsprechen, führen zu einer Störung des Energietransfers auf der Grundlage einer veränderten Belastung des aktiven und des passiven Bewegungsapparats. Aus den Ergebnissen können Ableitungen getroffen werden, die zu einer Ergänzung des Technikmodells und des Lehrwegs beitragen und weiterhin eine bessere Planung beidem Einsatz unterschiedlicher Wurfgeräte ermöglichen. zum doKumentenserver