Wurzeln der Leistung [1|12]

Training 1: Grundlagen der Trainingswissenschaft

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A. Sportliches Training

Die folgende Beitragsreihe beschäftigt sich mit den Grundlagen des Trainings. Doch was ist Training überhaupt? Was sind die grundlegenden Mechanismen und wie funktioniert Training? Diese und noch weitere Fragen soll diese Reihe beantworten.

“Training ist die planmäßige und systematische Realisation von Maßnahmen (Trainingsinhalte und Trainingsmethoden) zur nachhaltigen Erreichung von Zielen (Trainingsziele) im und durch Sport” (Hohmann et al., 2020, S. 16)

Das Ziel des Trainings ist nicht zwangsläufig eine Steigerung der Leistung, sondern kann ebenso die Reduktion des Leistungsverlustes im Alter, die Stabilisierung der Leistungsfähigkeit, die systematische Reduktion der Leistungsfähigkeit (Beendigung einer Spitzensportkarriere) oder die Wiederherstellung (Rehabilitation) der Leistungsfähigkeit umfassen. Ebenso sind Ziele unabhängig von der Leistung denkbar, wie eine Gewichtsreduktion oder die Verbesserung des Wohlbefindens. Demnach findet Training neben dem Leistungssport auch Anwendung im Freizeit-, Gesundheits-, Reha- und Schulsport und kann motorische, kognitive, physiologische, neuromuskuläre, pädagogische sowie psychologische Aspekte betreffen (Ferrauti & Hemmert, 2020; Hohmann et al. 2020).

Das Training im sportlichen Kontext wird von der Trainingswissenschaft empirisch untersucht und hat das Ziel die individuelle sportliche Leistung zu verbessern. Die Trainingswissenschaft ist eine eigenständige Teildisziplin der Sportwissenschaft und integriert Wissen aus der Biomechanik, Sportmedizin, Sportbiologie und Psychologie. Die Schnittstelle zwischen Trainingswissenschaft und Sportpraxis bildet die Trainingslehre, welche handlungsrelevante Leitlinien für die Sportpraxis aufzeigt. Einerseits stützt sich die Trainingslehre auf die wissenschaftlichen Untersuchungen der Trainingswissenschaft, andererseits basiert sie auf nicht-empirisch gesicherten Erfahrungswerten, die sich teilweise über Jahrzehnte als feste Bestandteile des Trainings etabliert haben (Müller, 2022).

B. Theoretische Basis sportlichen Trainings

B.1 Allgemeine Gesetzmäßigkeiten des Trainings

Das Ziel des Trainings (z.B. Leistungssteigerung) wird mittels Adaptation (Anpassung) erreicht. Aus einer biologischen Sichtweise ist die Reaktion des menschlichen Körpers auf Training eine Ursache-Wirkungs-Kette (siehe Abb. 1):

Ganz allgemein können Trainingsreize kurz-, mittel- und langfristige Adaptationen bewirken und sich sowohl positiv (z.B. Leistungssteigerung) als auch negativ (z.B. Leistungsverlust) äußern. Die Trainierbarkeit, also der Grad der Anpassung an Trainingsreize, ist abhängig von endogenen Faktoren wie der aktuellen Leistungsfähigkeit, Alter und Geschlecht sowie von exogenen Faktoren wie der Qualität und Quantität der einwirkenden Trainingsreize. Auf die genauen Wirkmechanismen der Adaptation wird in einem weiteren Beitrag dieser Reihe näher eingegangen (Ferrauti & Hemmert, 2020; Hohmann et al. 2020; Müller, 2022).

B.2 Integratives Modell der sportlichen Leistung

Zur Erklärung der sportlichen Leistungsfähigkeit, mit dem Ziel daraus Handlungsempfehlungen abzuleiten, wurde eine Vielzahl von Modellen entwickelt, welche versuchen, die komplexen, individuellen und settingspezifischen Wechselwirkungen in einem Modell abzubilden. Im Folgenden soll exemplarisch das integrative Modell der sportlichen Leistung vorgestellt werden. Dieses Modell beruht ursprünglich auf dem ökologischen Ansatz von Newell (1986) zum motorischen Lernen und wurde von Glazier (2017) aufgrund mangelnder Interdisziplinarität bei der wissenschaftlichen Analyse von sportlicher Leistung aufgegriffen. Demnach ist die sportliche Leistung das Ergebnis einer Interaktion von einem Individuum (physiologische, biomechanische, psychologische und taktische Faktoren) mit den gegebenen Aufgaben- und Umweltbedingungen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Aus Sicht der Trainingswissenschaft stellt das Individuum beziehungsweise die Person den wichtigsten Aspekt dar, da mittels Training die Komponenten der sportlichen Leistungsfähigkeit systematisch und zielgerichtet verändert werden können (Hohmann et al., 2020). Im Gegensatz dazu stellen in der ökologischen Theorie die drei Faktoren Person, Bewegungsaufgabe und Umwelt jeweils zentrale Aspekte dar, die sich gleichermaßen beeinflussen. Dennoch stellt das integrative Modell das komplexe Zusammenspiel der drei Faktoren dar, welche wesentlich Einfluss auf die sportliche Leistung haben.

B.3 Komponenten der sportlichen Leistungsfähigkeit

Im Hinblick auf das integrative Modell der sportlichen Leistung ergeben sich nach Hohmann et al. (2020) sieben Komponenten der sportlichen Leistungsfähigkeit:

• Ausdauer
• Kraft
• Schnelligkeit
• Beweglichkeit
• Koordination
• Technik
• Taktik und psychische Eigenschaften

Insbesondere bei der Strukturierung von Kondition und Koordination wurden im Laufe der Zeit verschiedene Modelle entwickelt. Hohmann et al. (2020) plädieren für ein kombiniertes Modell von Kondition und Koordination. In diesem Modell stehen Kraft, Schnelligkeit und Beweglichkeit im Mittelpunkt, da diese Fähigkeiten von sowohl koordinativen als auch konditionellen Aspekten abhängig sind (siehe Abb. 3).

B.4 Determinanten sportlicher Leistung

Überlegungen zu den Determinanten der Komponenten der Leistungsfähigkeit sind im Hinblick auf die Erstellung von Trainingszielen unerlässlich. Unter Determinanten sind die Prozesse und Strukturen, die für das Niveau einer Komponente der Leistungsfähigkeit kausal verantwortlich sind, zu verstehen. Wenn beispielsweise im Volleyball die Verbesserung der vertikalen Sprungkraft als Ziel festgelegt wurde, müssen zunächst die Determinanten der vertikalen Sprungkraft identifiziert werden. Dadurch können dann konkrete Trainingsziele und damit auch konkrete Trainingsmethoden festgelegt werden. In diesem Beispiel wären entscheidende Determinanten unter anderem der Muskelquerschnitt sowie die inter- und intramuskuläre Koordination (gekennzeichnet durch Frequenzierung und Rekrutierung) der entsprechenden Muskelgruppen. Eine Komponente der Leistungsfähigkeit wird also von mehreren Determinanten beeinflusst. Im Kontext eines Ausdauertrainings sollten die Belastungsnormative beispielsweise so gewählt werden, dass die physiologischen (z.B. maximale Sauerstoffaufnahme) und anatomischen (z.B. Muskelfaserzusammensetzung) Determinanten des geforderten Energiebereitstellungsmechanismus optimal adressiert werden.

C. Physiologische Grundlagen

C.1 Stütz- und Bewegungsapparat (Muskel-Skelett-System)

Damit Bewegungen vollzogen werden können, werden sowohl aktive Strukturen als auch passive Strukturen benötigt. Die passiven Strukturen bilden den Stützapparat und setzen sich aus Bindegewebe zusammen. Sämtliche Bestandteile der Gelenke, sowie Knochen, Knorpel und Bänder, zählen zu den passiven Strukturen (Triplett, 2016).

Passive Strukturen

Knochen sind maßgeblich an der Formgebung des menschlichen Körpers beteiligt und machen circa 12-15% des Körpergewichts aus. Sie schützen innere Organe, dienen Muskeln als Ursprung und Ansatz, sind an der Bildung von Blutkörperchen beteiligt und speichern Mineralien. Auch Knochen können sich verändern. Laut dem Wolffschen Gesetz passen sich Knochen an Be- und Entlastung an, da sie zug- und druckempfindlich sind. Wird ein Knochen nicht belastet, degeneriert er. Knochen sind also lebendes Gewebe und stoffwechselaktiv.

Gelenke sind die Verbindungsstelle zwischen Knochen und werden in echte und unechte Gelenke unterteilt. Unechte Gelenke (Synarthrosen), wie beispielsweise das Iliosakralgelenk oder auch Kreuz-Darmbein-Gelenk, haben nur eine geringe Beweglichkeit, da sie durch Knorpel, Knochen oder faseriges Bindegewebe verbunden sind. Echte Gelenke (Diarthrosen) hingegen weisen durch das Artikulieren der Gelenkflächen eine höhere Beweglichkeit auf und werden je nach Form, Anzahl der Bewegungsachsen und Anzahl der Freiheitsgrade unterschieden. Diarthrosen sind von einer Gelenkkapsel umschlossen, welche durchblutet ist und für die Ernährung des Gelenks sorgt.

Bänder liegen in der Regel intrakapsulär (innerhalb der Gelenkkapsel) vor und haben eine entscheidende Bedeutung für die Funktion eines Gelenks, indem sie die Bewegungen führen, hemmen und das Gelenk stabilisieren. Bänder sind an der Steuerung von Bewegung beteiligt, da sie innerviert sind. Das bedeutet, dass sie funktionell mit Nervengewebe versorgt sind und somit über Mechanorezeptoren verfügen, die mechanische Reize an das zentrale Nervensystem weiterleiten. Durch die Vaskularisierung (Versorgung des Gewebes durch Blutgefäße) können sich Bänder regenerieren und ihre Funktion nach einer Verletzung wiederherstellen, dies ist allerdings abhängig von der Lokalisation und dem Grad der Verletzung.

Aktive Strukturen

Den Übergang von den passiven zu den aktiven Strukturen des Bewegungsapparats bilden die Sehnen und Faszien, welche allgemein zu den aktiven Strukturen gezählt werden. Auch Sehnen und Faszien sind maßgeblich an der Bewegung beteiligt und sind innerviert sowie vaskularisiert, weshalb sie ebenfalls regenerieren und adaptieren können. Sehnen zeichnen sich vor allem durch eine extreme Zugfestigkeit aus. Faszien umhüllen Muskeln und geben diesem Halt und Form, damit er während seiner Bewegung möglichst wenig Reibung erzeugt. Jeder Muskel hat an den zueinander gehörenden Knochenpartnern eines Gelenks mindestens einen Ursprung und einen Ansatz. Muskeln dienen der Fortbewegung, unterscheiden sich in Form und Größe und machen circa 40 % des Körpergewichts aus. Die Funktion des Muskels hängt davon ab, wie der Muskel zur Drehachse steht und ob die Bewegung die Schwerkraft überwindet oder gegen diese bremst.

Ein Muskel gliedert sich in mehrere Muskelfaserbündel, die mehrere Muskelfasern enthalten, welche wiederum aus Myofibrillen bestehen. Das Sarkomer stellt die kleinste funktionelle Einheit des Muskels dar und gliedert sich unter anderem in Aktin, Myosin und Titin. Jedes Sarkomer wird am Anfang und Ende durch eine Z-Scheibe begrenzt, an dem das Aktinfilament befestigt ist. Das Myosinfilament ist über das Titin mit der Z-Schreibe verbunden. Die eigentliche Bewegung entsteht durch ein Aufrichten, Andocken und Abkippen der Myosinköpfchen an das Aktinfilament – Myosin und Aktin schieben sich so übereinander, die Z-Scheiben nähern sich an, das Sarkomer verkürzt sich und in Summe kontrahiert der Muskel (Linke & Pfitzer, 2010).

C.2 Neuromuskuläres System

Damit Bewegung entsteht, muss das Nervensystem mit der Skelettmuskulatur in Interaktion treten. Das Nervensystem ist für die Informationsaufnahme (Sensorik), die Informationsverarbeitung und den motorischen Output verantwortlich. Alle drei Funktionen laufen simultan ab. Zur Informationsübertragung dienen Aktionspotenziale.

Die Aktivierung der Muskulatur kann willkürlich (greifen), rhythmisch (atmen) oder reflektorisch (stolpern) induziert sein.

Muskelaktivierung und motorische Einheiten

Die Verbindung zwischen einem Motoneuron (Nervenzelle) und der Muskelfaser wird als motorische Einheit bezeichnet und stellt die kleinste funktionelle Komponente dar. Motoneuronen können eine bis mehrere hundert Muskelfasern innervieren. Je nachdem, welche Anforderungen an einen bestimmten Muskel gestellt werden, kann die Kraftleistung auf zwei Arten angepasst werden. Die Anpassung erfolgt entweder durch eine Veränderung der Häufigkeit, mit der einzelne motorische Einheiten aktiviert werden (Frequenzierung), oder durch eine Veränderung der Anzahl der aktivierten motorischen Einheiten (Rekrutierung). Diese Eigenschaft ist essenziell für die Ausführung von flüssigen und koordinierte Bewegungsmustern. Abbildung 4 zeigt einen schematischen Ablauf von der Bewegungsplanung bis zur Bewegungsausführung mit Fokus auf den motorischen Einheiten.

Muskelfasertypen

Die motorischen Einheiten bestehen aus Muskelfasern mit unterschiedlichen morphologischen und physiologischen Merkmalen, die ihre Funktionsfähigkeit bestimmen. Aufgrund dieser Unterschiede gibt es mehrere Klassifikationen, basierend auf verschiedenen Kriterien. Die gängigste Klassifikation ist die Einteilung nach der Zuckungsdauer. Demnach gibt es:

• Slow-twitch Fasern bzw. Typ l-Fasern: langsamer zuckend (60–110 ms), geringere Kraft, höhere Ermüdungsresistenz
• Fast-twitch Fasern bzw. Typ lla-Fasern: schnell zuckend (20–50 ms), mittlere Kraft, mittlere Ermüdungsresistenz
• Fast-twitch Fasern bzw. Typ llx-Fasern: schnell zuckend (20–50 ms), höhere Kraft, geringere Ermüdungsresistenz

Die verschiedenen Muskelfasern werden in Abhängigkeit von der sportlichen Beanspruchung unterschiedlich rekrutiert (Fling et al., 2009; Henneman, 1957). Das Hennemannsche Prinzip der Größenordnung beschreibt die Rekrutierungsabfolge bei unterschiedlichen Kontraktionsintensitäten. Bei geringer Kontraktionsintensität, beispielsweise beim lockeren Laufen, werden zunächst nur die langsam zuckenden Fasern vom Typ l rekrutiert. Mit zunehmender Kontraktionsintensität werden nicht nur mehr Typ l-Fasern, sondern auch Typ lla-Fasern und bei maximaler willkürlicher Bewegung (z.B. Sprint) zusätzlich Typ llb-Fasern rekrutiert. Dies hat den Vorteil, dass die ermüdungsresistenten Typ-I-Fasern vor den schnell ermüdenden Typ-II-Fasern innerviert werden. Dies ermöglicht dem Organismus ein optimiertes Energiemanagement

Propriozeption

Die Propriozeption erfolgt über spezialisierte sensorische Rezeptoren, die dem Nervensystem wichtige Information über den Muskel bereitstellen, damit der Muskeltonus aufrechterhalten werden kann und komplexe koordinierte Bewegungen ausgeführt werden können. Allerdings sind nicht nur im Muskel, sondern auch in anderen Gewebearten Propriozeptoren vorhanden. Zu den wichtigsten Propriozeptoren der Muskulatur zählen die Muskelspindeln und das Golgi-Sehnenorgan. Letztere sind Rezeptoren, die sich im Übergang zwischen Muskel- und Sehnenfasern befinden und den Muskeltonus messen sowie regulieren. Wird eine zu starke Dehnung erfasst, wird der Muskel reflektorisch entspannt, um eine Verletzung zu vermeiden. Die Muskelspindeln liegen innerhalb des Muskels und erfassen die Länge des Muskels sowie die Veränderungsgeschwindigkeit der Muskellänge. Mit dieser Information wird dem zentralen Nervensystem rückgemeldet, wie hoch die Aktivierung sein muss, um eine bestimmte Kraft zu erzeugen.

C.3 Kardiorespiratorisches System

Das kardiorespiratorische System ist für die Nährstoff- und Sauerstoffversorgung sowie die Temperaturregulierung des Körpers zuständig. Grundsätzlich wird zwischen dem Körper- und Lungenkreislauf unterschieden (Piper, 2007; Zimmer, 2007).

Herz

Das Herz ist ein Hohlmuskel und besteht aus einem rechten und einem linken Teil mit jeweils einer Herzkammer und einem Vorhof. Der Blutfluss wird unter anderem durch vier Herzklappen reguliert. Die Herzkammern sind von den großen Arterien beziehungsweise Venen durch jeweils eine Klappe getrennt (Aorten- und Pulmonalklappe). Die Herzkammern und die Vorhöfe sind durch die Atrioventrikularklappen separiert. Das Herz selbst wird von den Herzkranzgefäßen mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. Der Sinusknoten fungiert als Taktgeber der Herzfrequenz und stellt die erste Stufe des elektrischen Reizleitungssystems dar. Wenn der Herzmuskel kontrahiert, wird sauerstoffreiches Blut über die linke Herzkammer in den Körperkreislauf gepumpt. Dort findet in den Blutgefäßen ein Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid statt. Das sauerstoffarme Blut erreicht zunächst den rechten Vorhof, dann die rechte Herzkammer und wird von dort aus in den Lungenkreislauf gepumpt. Hier findet wiederum der Gasaustausch in der Lunge statt. Sauerstoffreiches Blut gelangt nun über den linken Vorhof in die linke Herzkammer und der Kreislauf beginnt von vorn.

Blutgefäße (Arterien, Venen, Blut)

Zu den Blutgefäßen zählen Arterien, Venen und Kapillaren. Arterien transportieren Blut vom Herzen weg. Im Körperkreislauf wird also sauerstoffreiches Blut zu einem Zielorgan transportiert. Zur Peripherie hin werden die Arterien, auch Arteriolen genannt, immer kleiner. Sie münden in eine Vielzahl kleinster Kapillaren, in denen der Sauerstoffaustausch innerhalb des (Muskel-)Gewebes stattfindet. In Richtung Herz vergrößern sich die Kapillaren zunehmend von Venolen zu Venen, die das sauerstoffarme Blut zum Herzen transportieren.

Lunge (Gasaustausch)

Aufgabe der Lunge ist die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlenstoffdioxid. Dies wird als äußere Atmung bezeichnet, da der eigentliche Transport von Sauerstoff zu den Zellen und Organen vom Blut übernommen wird (innere Atmung). Grundlegend wird zwischen den oberen und den unteren Atemwegen unterschieden. Die oberen Atemwege bestehen aus Nase, Mund- und Rachenraum. Ihre Funktion ist die Erwärmung, Anfeuchtung und Reinigung der eingeatmeten Luft. Mit dem Kehlkopf beginnen die unteren Atemwege, zu denen außerdem die Luftröhre (Trachea), die Bronchien, die Bronchiolen, die Alveolargänge und die Alveolen zählen. Funktionell gliedern sich die unteren Atemwege in luftleitende und respiratorische Abschnitte. Die Alveolen (ca. 300 Millionen) bilden die kleinste Einheit im respiratorischen System und den respiratorischen Abschnitt - hier findet der eigentliche Gasaustausch statt.

Anatomisch zweigt sich die Luftröhre in einen linken und einen rechten Hauptbronchus auf, die über zwei beziehungsweise drei Lappenbronchien den linken respektive rechten Lungenflügel versorgen.

Ein Unterschied im Druck zwischen dem Alveolarraum und der Umgebungsluft ist die treibende Kraft des Gasaustausches, da hierdurch Luftbewegungen bei der Ventilation erzeugt werden.

Reguliert wird die Atmung über das Atemzentrum im Hirnstamm. Der Gasaustausch selbst ist abhängig von:

• Perfusion: Durchblutung der Lunge/Alveolen über Lungenkapillaren
• Ventilation: Verteilung der Atemluft in die verschiedenen Lungenabschnitte bis zu den Alveolen
• Diffusion: Ausgleich von Konzentrationsunterschieden zwischen O2 und CO2 in Atemluft und Blut (eigentlicher Gasaustausch)

Der wichtigste Atemmuskel ist das Zwerchfell, welches zusätzlich die Abgrenzung zwischen Bauchraum und Lunge bildet und zu circa 80 % für die Atmung verantwortlich ist. Die Zwischenrippenmuskeln (Interkostalmuskulatur) unterstützen ebenso bei der Atmung. Bei einer forcierten Ein- und Ausatmung wirken Hals-, Brust- und Bauchmuskulatur mit.

D. Leistungssteuerung im sportlichen Training

D.1 Steuerung des Trainings

Um ein gesetztes Ziel zu erreichen, sind Trainingsinhalte und -methoden notwendig, die auf die entsprechenden Belastungsnormative ausgelegt sind. Die Trainingssteuerung umfasst also die zielgerichtete inhaltliche Abstimmung aller kurz-, mittel- und langfristigen Maßnahmen der Planung, Durchführung und Kontrolle des Trainings (Ferrauti & Hemmert, 2020; Hohmann et al. 2020).

• Trainingsziele
  können vielfältiger Natur sein (siehe oben).
• Trainingsmethoden
  sind alle zielgerichteten, planmäßigen und effektiven Verfahren, um das Trainingsziel durch einzelne Trainingsinhalte und –mittel zu erlangen. Sie gestalten Bildungs- und Erziehungsprozesse und weisen einen didaktischen Aspekt auf.
• Trainingsinhalte
  umfassen alle Tätigkeiten, die im Training zur Realisierung der Trainingsziele durchgeführt werden. Inkludiert die Trainingsvor- und -nachbereitung sowie die Übungen und Spielformen im Training selbst.
• Trainingsmittel
  beinhalten alle eingesetzten Geräte, Apparate oder Verfahren sowohl organisatorischer als auch informeller Natur (z.B. Spielfelder, Sportstätten, Trainingsgeräte, Messgeräte, audiovisuelle Verfahren, Biofeedback, Psychoregulation...).

D.2 Belastungsnormative

“Belastungsnormative sind Kenngrößen zur Beschreibung der Art und Weise einer sportlichen Belastung.” (Hohmann et al., 2020, S. 53)

Sie sind Steuerungselemente der qualitativen sowie quantitativen Trainingsbelastung und dienen sowohl der Charakterisierung zukünftiger Belastung im Rahmen der Trainingsplanung (prospektiv) als auch zur Beurteilung der Wirkungsrichtung der gesamten Belastung (retrospektiv).

• Belastungsintensität: Stärke/Intensität eines Reizes
• Belastungsdauer/Reizdauer: Dauer eines Reizes oder einer Belastungsserie
• Erholungsdauer: Pause zwischen zwei Wiederholungen, Sätzen/Serien oder Trainingseinheiten
• Belastungsdichte/Reizdichte: Belastungs-Erholungs-Verhältnis
• Belastungsumfang/Trainingsumfang: Gesamtmenge der Belastungsreize einer Trainingseinheit
• Belastungshäufigkeit/Trainingshäufigkeit: Anzahl der Reize einer Trainingseinheit
• Belastungsfrequenz: Trainingshäufigkeit (meistens bezogen auf einen Mikrozyklus, 7-10 Tage)

Die Belastungsnormative bestimmen die akuten physiologischen und neuromuskulären Reaktionen und sind damit maßgeblich für die daraus resultierenden mittel- und langfristigen Adaptationen durch Training verantwortlich. Sie sollten daher abhängig vom definierten Trainingsziel für jeden Trainingsinhalt festgelegt werden (Müller, 2022). Tabelle 1 zeigt die Belastungsnormative für Kraft, Ausdauer und Schnelligkeit.