Stabilität bei behinderten und nichtbehinderten Sportschützen beim Schießen mit Luftdruckwaffen am Beispiel von Luftgewehren

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1 Kurzbericht über Wissenschaftliche Vergleichsstudie zur Integration Körperbehinderter in das DSB-Ligasystem Stabilität bei behinderten und nichtbehinderten Sportschützen beim Schießen mit Luftdruckwaffen am Beispiel von Luftgewehren Deutsche Sporthochschule Köln Institut für Biomechanik und Orthopädie Univ.-Prof. Dr. Gert-Peter Brüggemann und Dr. Kiros Karamanidis Am Sportpark Müngersdorf Köln September

2 Einleitung Zum jetzigen Zeitpunkt starten behinderte (Schadensklasse 1) und nichtbehinderte Sportschützen in der Wettbewerbsklasse Luftgewehr des Deutschen Schützenbundes (DSB) getrennt. Es wird davon ausgegangen, dass ein im Rollstuhl sitzender Schütze einen Vorteil gegenüber einem stehend-schießenden Sportler besitzt. Nach aktuellem Kenntnisstand bestehen jedoch hierzu keine wissenschaftlichen Erkenntnisse. Rein mechanisch betrachtet müsste der stehende Schütze tatsächlich gegenüber dem sitzenden Schützen einen Nachteil besitzen, da bei Ersterem eine erhöhte Anzahl an sog. Freiheitsgraden besteht und darüber hinaus im Stehen die Unterstützungsfläche für eine stabilere Schießposition geringer ist. Andererseits scheint es aber möglich, dass aufgrund der nicht vorhandenen muskulären Ansteuerungsmöglichkeiten von Bein-, Hüft- und teilweise Rumpfmuskulatur bei Rollstuhlfahrern die Vorteile des sitzenden Zustandes von behinderten SH1-Sportschützen gar nicht genutzt werden können. Ziel der Untersuchung war es daher, festzustellen, ob bei der Ausübung des Schießsportes mit dem Luftgewehr vergleichbare Voraussetzungen bezüglich mechanischer Stabilitätscharakteristika für behinderte SH1-Schützen und nichtbehinderte Schützen bestehen. Die Fragestellungen, die sich in diesem Rahmen ergeben, sind (a) ob die Stabilitätskontrolle während eines Wettkampfes vergleichbar ist zwischen im Rollstuhl sitzend sowie stehend schießenden Sportschützen, (b) ob das Schießen mit dem Luftgewehr im Sitzen gegenüber dem im Stehen einen mechanischen Vorteil in der dynamischen Stabilitätskontrolle bietet und (c) ob diese (potentiellen) Vorteile von Behinderten überhaupt genutzt werden können. Basierend auf den Ergebnissen des Schießens mit dem Luftgewehr soll zusätzlich weiterführend eine Aussage getroffen werden, ob SH1-Schützen gegenüber Stehend- Schützen mit der Luftpistole einen möglichen mechanischen Vor- bzw. Nachteil besitzen. Methodik Zur Untersuchung der Fragestellung werden in der Studie drei Probandengruppen untersucht. In der ersten Gruppe wurden fünf erfahrene behinderte - im Rollstuhl sitzende - Sportschützen (im Folgenden SH1-2

3 Schützen genannt) untersucht. Die über den DSB vermittelten SH1-Schützen (mittlere Ringzahl 389/400) besitzen die Klassifizierung SH1 B und SH1 C. Als zweite Probandengruppe wurden sechs erfahrene, im Leistungsniveau vergleichbare, stehend schießende Sportschützen (mittlere Ringzahl 391/400) analysiert (im Folgenden Stehend-Schützen genannt). Darüber hinaus ist eine dritte Probandengruppe als Kontrollgruppe gebildet worden, die sich aus zehn absolut unerfahrenen Personen im Schießsport zusammensetzt (im Folgenden Kontrollgruppe genannt). Das durchgeführte Messprotokoll bezieht sich auf das 10m Luftgewehrschießen und orientiert sich am hierzu vorgeschriebenen Regelwerk des DSB. Ein entsprechender Rückschluss auf das Schießen mit der Luftpistole 10m wird nach der Analyse getroffen. Die gesamte Messmethodik ist in diesem Zusammenhang mit Experten des DSB abgestimmt und entsprechend umgesetzt worden. Die SH1-Schützen absolvierten das übliche Wettkampfprotokoll von 40 Schuss in 50 Minuten. Ebenso wurden 40 Schuss unter Wettkampfbedingungen von den Stehend- Schützen und der Kontrollgruppe sowohl stehend als auch im Rollstuhl sitzend ohne Rückenlehne analysiert. Darüber hinaus gaben die Stehend-Schützen sowie die Kontrollgruppe 5 Schüsse mit Rückenlehne ab, um einen möglichen Einfluss der Rückenlehne auf die analysierten Parameter bestimmen zu können. Alle Untersuchungen fanden an der Deutschen Sporthochschule Köln in einem autorisierten Schießstand statt. Für die Untersuchung der Schießleistung wurde eine Anlage der Firma Meyton Elektronik (Messrahmen MF4R1) sowie das Scattsystem (USB-Professional) der Firma MEC High Tech Shooting zur Messung der Oszillation des Gewehres verwendet. Das Messequipment zur Bestimmung der Stabilitätskontrolle bestand aus einer mobilen Kraftmessplatte auf Dehnungsmessstreifenbasis (Eigenbau des Instituts für Biomechanik und Orthopädie) sowie einem ultraschallbasierten dreidimensionalem Bewegungsanalysesystem (CMS-HS) der Firma Zebris Medizintechnik. Für die qualitative Analyse wurde eine Videokamera benutzt. Durch konstante äußere Bedingungen des Messraumes sowie einem konstanten Messaufbau, wurden für alle Probanden gleiche Rahmenbedingungen gewährleistet. 3

4 Um mögliche Ermüdungs- oder Anpassungsprozesse festzustellen, wurden von 40 Schuss sowohl die ersten fünf als auch die letzten fünf Schüsse analysiert. Das Zeitfenster für alle weiteren Berechnungsschritte betrug 500 ms vor Schussauslösung. Die Merkmalstichprobe der untersuchten Messparameter kann an dieser Stelle in die vier Gruppen Trefferbild, Bewegung des Gewehres, Bewegung des Kraftangriffspunktes sowie Unterstützungsfläche gefasst werden. Für diese Gruppen sollen im Folgenden die grundlegenden Ergebnisse und Auswertungen als Inhalt dieses Kurzberichtes aufgeführt werden. Ergebnisse 1. Trefferbild Abbildung 1 zeigt das Trefferbild der analysierten Gruppen. Zwischen den SH1-Schützen und den Stehend-Schützen in der stehenden Bedingung ergeben sich keine signifikanten Unterschiede (P>0.05), womit in der durchgeführten Studie die Vergleichbarkeit des Leistungsniveaus der beiden Gruppen gewährleistet ist (SH1-Schützen: 387±3 Punkte; Stehend-Schützen: 387±1 Punkte). Interessanterweise besteht ein signifikant geringeres (P<0.05) Trefferbild bei den Stehend-Schützen im Sitzen (350.8±4.4) gegenüber dem Stehen (387±1). Das Ergebnis zeigt deutlich, dass das höhere Trefferbild in der stehenden Bedingung bei dieser Gruppe auf eine tätigkeitsspezifische Adaptation zurückzuführen ist. Bei der Kontrollgruppe zeigen sich keine signifikanten Unterschiede (P>0.05) zwischen den Bedingungen Stehen (218±12.3) und Sitzen (219±12), wodurch das Schussergebnis unabhängig von der Bedingung Stehen oder Sitzen zu beurteilen ist. Basierend auf den Trefferergebnissen konnten somit keine Vor- oder Nachteile zwischen den Bedingungen Stehen und Sitzen gefunden werden. 4

5 Abb. 1: Über 40 Schüsse erreichte Punktzahl der SH1-Schützen, Stehend- Schützen sowie der Kontrollgruppe bei den zwei Bedingungen (Sitzend, Stehend). Die maximal mögliche Punktzahl bei diesem Wettbewerb beträgt 400 Punkte. (Mittelwert und Standardfehler). 1: Signifikante Unterschiede zu SH1-Schützen (P<0.05). 2: Signifikante Unterschiede zu Stehend-Schützen in der sitzenden Bedingung (P<0.05). 3: Signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe in der sitzenden Bedingung (P<0.05). 4: Signifikante Unterschiede zu Stehend-Schützen in der stehenden Bedingung (P<0.05). 2. Bewegung des Gewehres Die Analyse der Wegänderung des Gewehres durch das Scatt-System in horizontaler und vertikaler Richtung zeigt zwischen den SH1-Schützen und den Stehend-Schützen in der stehenden Bedingung (Abbildung 2) keine signifikanten Unterschiede (P>0.05). Es besteht eine signifikant niedrigere Bewegung des Gewehres (im Mittel um 46.8%) bei den Stehend-Schützen in der stehenden gegenüber der sitzenden Bedingung (P<0.05). Die Begründung besteht in der oben genannten tätigkeitsspezifischen Adaptation. Eine deutlich größere Wegänderung des Gewehres ist bei der Kontrollgruppe vorzufinden, bei der sowohl sitzend als auch stehend signifikante Unterschiede (P<0.05) zu den weiteren Gruppen vorzufinden sind. Allerdings zeigen sich hier, wie auch im Trefferbild in der Kontrollgruppe, keine 5

6 signifikanten Unterschiede zwischen den Bedingungen Sitzen und Stehen (P>0.05). Für alle Gruppen konnten keine Ermüdungsprozesse oder Adaptationsprozesse in dem Vergleich der Schüsse 1-5 und gefunden werden (P>0.05). Basierend auf den Ergebnissen der Bewegung des Gewehres konnten somit keine Vor- oder Nachteile zwischen den Bedingungen Stehen und Sitzen gefunden werden. Abb. 2: Wegänderung des Gewehres in horizontaler und vertikaler Richtung der ersten (1-5) und letzten (36-40) fünf Schüsse der SH1-Schützen, Stehend- Schützen sowie der Kontrollgruppe bei den zwei Bedingungen (Sitzend, Stehend). (Mittelwert und Standardfehler). 1: Signifikante Unterschiede zu SH1-Schützen (P<0.05). 2: Signifikante Unterschiede zu Stehend-Schützen in der sitzenden Bedingung (P<0.05). 3: Signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe in der sitzenden Bedingung (P<0.05). 4: Signifikante Unterschiede zu Stehend-Schützen in der stehenden Bedingung (P<0.05). 6

7 3. Schwankung des Kraftangriffspunktes Abbildung 3 zeigt die Schwankung des Kraftangriffspunktes in anteriorposterior Richtung (Definition anterior-posterior Richtung: Bewegung des Schützen nach vorne-hinten). Die SH1-Schützen zeigen im Vergleich zu den Stehend-Schützen in der stehenden Bedingung eine signifikant (P<0.05) höhere Schwankung (im Mittel um 202.9%). Ebenfalls eine signifikant höhere Schwankung des Kraftangriffspunktes (P<0.05) ergibt sich bei den Stehend- Schützen in der sitzenden im Vergleich zur stehenden Bedingung (im Mittel um 311.7%). Die Kontrollgruppe weist hingegen eine signifikant höhere Schwankung des Kraftangriffspunktes (P<0.05) in anterior-posterior Richtung in der stehenden im Vergleich zur sitzenden Bedingung auf (im Mittel um 35.6%). Bei den SH1-Schützen sowie den Stehend-Schützen konnten keine Ermüdungsprozesse oder Adaptationsprozesse im Vergleich der Schüsse 1-5 und gefunden werden (P>0.05). Bei der Kontrollgruppe hingegen zeigt sich aber ein Adaptationsprozess. Dies deutet an, dass diese Probandengruppe die hüftstabilisierende Muskulatur im Stehen zu Beginn des Tests nicht so gut ansteuern konnte. Basierend auf den Ergebnissen der Schwankung des Kraftangriffspunktes konnten somit keine Vor- oder Nachteile zwischen den Bedingungen Stehen und Sitzen gefunden werden. Die tendenziell größere Schwankung des Kraftangriffspunktes der SH1- im Vergleich zu den Stehend-Schützen deutet auf einen Nachteil für die SH1-Schützen hin. Es kann angenommen werden, dass eine effektive Ansteuerung der hüftstabilisierenden Muskulatur im Stehen einen Vorteil in der Kontrolle des Kraftangriffspunktes in anterior-posterior Richtung gegenüber der Steuerung durch die rumpfstabilisierenden Muskulatur im Sitzen darstellt. 7

8 Abb. 3: Schwankung des Kraftangriffspunktes (CoP) in anterior-posterior der ersten (1-5) und letzten (36-40) fünf Schüsse der SH1-Schützen, Stehend- Schützen sowie der Kontrollgruppe bei den zwei Bedingungen (Sitzend, Stehend). (Mittelwert und Standardfehler). 1: Signifikante Unterschiede zu SH1-Schützen (P<0.05). 2: Signifikante Unterschiede zu Stehend-Schützen in der sitzenden Bedingung (P<0.05). 3: Signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe in der sitzenden Bedingung (P<0.05). 4: Signifikante Unterschiede zu Stehend-Schützen in der stehenden Bedingung (P<0.05). 4. Unterstützungsfläche Die in Abbildung 4 aufgeführte Grafik zeigt - als schwarze durchgezogene Linie - über alle SH1-Schützen gemittelt, die Brutto-Unterstützungsfläche (0.23m 2 ), die der Rollstuhl mit dem Untergrund besitzt. Diese Unterstützungsfläche kann jedoch nur in geringem Maße genutzt werden. In das Verhältnis hierzu gesetzt sind die in der Studie durch Zusatzaufgaben berechneten Netto-Unterstützungsflächen, die die Probanden in den Bedingungen Sitzen und Stehen zur Verfügung haben, um Stabilität zu generieren und zu kontrollieren. Es ergeben sich zwischen allen Gruppen und Bedingungen signifikante Unterschiede (P<0.05) zu den SH1-Schützen. Explizit ist hierbei herauszustellen, dass dadurch die SH1-Schützen im Verhältnis zu den 8

9 Stehend-Schützen eine signifikant kleinere Unterstützungsfläche (P<0.05) zur Verfügung haben (im Mittel um 33.4%). Die signifikant höhere Unterstützungsfläche bei den Stehend-Schützen und bei der Kontrollgruppe in der sitzenden Bedingung ist im Vergleich zu den SH1-Schützen auf die Nichtbehinderung zurückzuführen. Der Rollstuhl weist somit mechanisch betrachtet in der Netto- Unterstützungsfläche einen deutlichen Vorteil auf, der jedoch durch die nicht mögliche Ansteuerung der Rumpfmuskulatur von den SH1-Schützen nicht genutzt werden kann. Somit besteht aufgrund der nicht vorhandenen Ansteuerung der Rumpfmuskulatur ein Nachteil für die SH1-Schützen, explizit auch im Vergleich zu den Stehend-Schützen. Abb. 4: Korrigierte (netto) Unterstützungsfläche der SH1-Schützen, Stehend- Schützen sowie der Kontrollgruppe bei den zwei Bedingungen (Sitzend, Stehend). Schwarze durchgezogene Linie = Mittelwert der brutto Unterstützungsfläche mit dem Rollstuhl; gestrichelte Linie = Standardfehler der brutto Unterstützungsfläche mit dem Rollstuhl. (Mittelwert und Standardfehler). 1: Signifikante Unterschiede zu SH1-Schützen (P<0.05). 2: Signifikante Unterschiede zu Stehend-Schützen in der sitzenden Bedingung (P<0.05). 3: Signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe in der sitzenden Bedingung (P<0.05). 9

10 Schlussfolgerung Unter Beachtung der Ergebnisse des Trefferbildes, der Bewegungen des Luftgewehres, der Schwankung des Kraftangriffspunktes sowie der Unterstützungsfläche kann - basierend auf der analysierten Probandenstichprobe (mit entsprechender Behinderung bzw. Nichtbehinderung und Leistungsstand) - die Aussage getroffen werden, dass das Schießen im Sitzen keinen Vorteil aufzeigt. Nur die Brutto- Unterstützungsfläche des SH1-Schützen im Rollstuhl weist im Vergleich zur Unterstützungsfläche des Stehend-Schützen einen deutlichen Vorteil auf. Dieser kann allerdings von den SH1-Schützen aufgrund der defizitären und nicht vorhandenen Ansteuerung der Rumpf-, Becken- und Beinmuskulatur nicht genutzt werden. Die Netto-Unterstützungsfläche des SH1-Schützen ist gegenüber dem Stehend-Schützen kleiner, wodurch ein Nachteil für den SH1- Schützen besteht. Die Vergleichbarkeit der festgestellten Ergebnisse des Trefferbildes, der Bewegungen des Luftgewehres, der Schwankung des Kraftangriffspunktes bei den Probandengruppen der SH1-Schützen und der Stehend-Schützen sowie darüber hinaus die Unabhängigkeit der Ergebnisse von der Bedingung Sitzen oder Stehen in der Kontrollgruppe unterstützen, die Feststellung, dass es keinen Vorteil im Sitzen gibt. Die Erkenntnisse aus der Kontrollgruppe sind deshalb besonders wichtig, da diese Probandengruppe völlig unerfahren gewesen ist. Ein möglicher Vorteil des Rollstuhls in der Bewegungskontrolle des Gewehres und des Kraftangriffspunktes hätte sich in der Analyse zeigen müssen. Der sich mechanisch ergebene Vorteil des Rollstuhls durch die erhöhte Unterstützungsfläche mit dem Boden, kann von den SH1-Schützen durch den Grad der Behinderung und die hiermit verbundenen, signifikant eingeschränkten, Freiheitsgrade nicht genutzt werden. Hierbei ist eher von einem Nachteil für die SH1-Schützen durch den Rollstuhl zu sprechen. Das vergleichbare Schussergebnis der SH1-Schützen zu den Stehend-Schützen ist auf unterschiedliche Schwankungen des Gewehres und des Kraftangriffspunktes im Raum zurückzuführen, dass im Endbericht aufgeführt wird. 10

11 Es ist darauf hinzuweisen, dass die wissenschaftliche Aussagefähigkeit dieser Studie sich ausschließlich auf das analysierte Probandenkollektiv und den hierbei analysierten Umfang der Behinderungsgrade der SH1-Schützen beschränkt. Inwieweit explizit die Rückenlehne einen Einfluss auf die untersuchten Messparameter hat, wird im Endbericht dargestellt. Obwohl die vorgenommene Untersuchung explizit nur für 10m Luftgewehr durchgeführt wurde, lassen sich die ermittelten Ergebnisse, dass SH1- Schützen keinen mechanischen Vorteil gegenüber den Stehend-Schützen haben, auch auf die Luftpistole übertragen. Insbesondere die festgestellten Ergebnisse hinsichtlich der Unterstützungsfläche sind unabhängig von der benutzten Waffe zu bewerten. Es ist davon auszugehen, dass die festgestellten Ergebnisse des Trefferbildes, der Bewegungen der Waffe und der Schwankung des Kraftangriffspunktes bei den Probandengruppen beim Schießen mit der Luftpistole vergleichbare Ergebnisse bringen. Es kann daher durchaus festgehalten werden, dass SH1-Schützen gegenüber den Stehend-Schützen keinen mechanischen Vorteil in den Disziplinen 10m Luftgewehr und 10m Luftpistole haben. 11