Sportmotorik. 1. Sportmotorik Definitionen. Sportmotorik

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1 Allgemeine Bewegungswissenschaft Universität Wien WS 2005/06 1. Sportmotorik Definitionen Sportmotorik Sportmotorik Beinhaltet alle organismischen Teilsysteme und Teilprozesse, die sportliche Bewegungen des Menschen auslösen und kontrollieren 2 1. Sportmotorik Definitionen 1. Sportmotorik Definitionen Sportmotorik Teilbereiche der Motorik (u.a. auch motorische Kontrolle motor control bzw. Koordination) mit Einschränkung auf sportliche Bewegungen des Menschen Motorische Kontrolle Bezieht sich auf die Aufgabe der oben genannten Teilsysteme und prozesse, die Freiheitsgrade des menschlichen Körpers zu kontrollieren Sportmotorik Definitionen 1. Sportmotorik Definitionen Motorische Kontrolle Koordination Wie gelingt es, die vielen an der Bewegung beteiligten Muskeln bezüglich Harmonisches Zusammenwirken der Teilsysteme und prozesse auf der des Beginns der Kontraktion Ebene von der Dauer der Kontraktion Teilbewegungen der Stärke der Kontraktion so zu kontrollieren, dass eine koordinierte Bewegung entsteht? Muskelkontraktionen (intermuskuläre Koordination) motorische Einheiten eines Muskels (intramuskuläre Koordination) 5 Bernstein ( ) 6 1

2 2. Physiologische und psychomotor. Grundlagen Sensorische Systeme Funktionen Zentralnervale Strukturen und Verarbeitungsprozesse Effektorische Systeme Reflexe Aufnahme von körperäußeren und körperinneren Prozessen sowie Relationen des Körpers zur Umwelt Verarbeitung in unterschiedlichen Instanzen 7 8 Sensorik Sensorik mehrere Ebenen Bezugspunkt für die Planung und Vorbereitung einer Bewegung Kontrollfunktion während der Bewegungsausführung Bewusster Zugriff (kortikale Ebene) Unbewusster (automatisierter) Zugriff (subcortikale bzw. cerebelläre Ebene) Motorische Eigen- und Fremdreflexe (Rückenmarksebene) 9 10 Informationsaufnahme Sinneswahrnehmungen sind sehr gut trainierbar Bislang in der klassischen (westlichen) Bewegungsund Trainingslehre stark vernachlässigt Rezeption (Empfindung) Die aus einem einzelnen Rezeptorbereich stammende Information (z.b. optische Empfindung)

3 Perzeption (Wahrnehmung) Komplexer Sinneseindruck aus mehreren Rezeptorbereichen (z.b. Muskelsensibiliät und taktile Empfindung) Apperzeption (kognitiv strukturierte Wahrnehmung) Durch Erwartung selektierter und durch Denken im Nachhinein strukturierter Sinneseindruck Absolute Wahrnehmungsschwelle Untere Grenze eines physikalischen Reizes, der noch eine Rezeption auslöst Unterschiedsschwelle Minimale wahrnehmbare Differenz zwischen zwei Reizen gleicher physikalischer Dimension Wahrnehmungs- und Unterschiedsschwellen sind sehr gut trainierbar Wassergefühl Ballgefühl Schematischer Aufbau Rezeptoren (Sensoren) Umwandlung physikochemischer Reize in elektrische Signale 17 Kantengefühl 18 Weiterleitung durch afferente Nervenfasern Verarbeitung in spezifischen Neuronengruppen des ZNS 3

4 Visuelles System 19 Für die Sportmotorik wichtige sensorische Systeme Visuelles System Akustisches System Vestibuläres System Propriozeptives System (Stellung und Bewegung von Körperteilen, Kräfte, ) Kineästhetisches System (Druck, Vibration, ) Nozizeptives System (Schmerzrezeptoren) 20 Das visuelle System wandelt Licht (elektromagnetische Schwingungen bestimmter Wellenlängen) in bioelektrische Signale um und verarbeitet sie in verschiedenen Instanzen des ZNS Visuelles System Visuelles System Sinnesorgan des visuellen Systems ist das Auge 120 Millionen Stäbchen 6 Millionen Zäpfchen Bewegungen des Auges werden durch 6 Muskeln gesteuert Fixationen Saccaden Folgebewegungen 21 modif. nach Eysel, Vergenzbewegungen (Konvergenz- und Divergenz) Akkomodationsbewegungen Visuelles System Visuelles System Fixationen Saccaden Auge in relativer Ruhe Abbildung in der Fovea centralis Sehr schnelle, ruckartige Bewegungen Scharfsehen, Detailsehen ms Minimale Hin- und Herbewegungen (Mikrotremor) ms (300 ms) Rotationsgeschwindigkeit des Auges: bis 600 /s Stark reduzierte visuelle Informationsaufnahme

5 Visuelles System Visuelles System 25 Folgebewegungen des Auges Abbildung bewegter Objekte im Bereich der Fovea centralis bis ca. 70 /s, dann einfangen durch Saccaden Efferente Informationen für Wahrnehmung des Bewegungseindrucks modif. nach Gregory, Vergenzbewegungen Augenbewegung gegenläufig zur Sagittalebene des Kopfes Konvergenz (sich nähernde Objekte) Divergenz (sich entfernende Objekte) Wahrnehmung von Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit Visuelles System Visuelles System Bedeutung für die Kontrolle und Steuerung von Bewegungen Bedeutung für die Kontrolle und Steuerung von Bewegungen Sehschärfe: dynamisch Räumliches Sehen: Absprungbalken Peripheres Sehen: Spielsport Farb- bzw. Hell/Dunkel-Sehen: Dämmerung Hoher Zusammenhang zwischen Sehqualität und Bewegungskontrolle Visuell anspruchsvolle Sportarten: Ballspiele Sehtraining verbessert die Antizipation Akustisches System Akustisches System Das Hörorgan (Cochlea) liegt im Mittelund Innenohrbereich Die Afferenzen zum Großhirn laufen auf sehr kurzem Weg über den Hörnerv Im Sport von unterschiedlicher Bedeutung Geräusche können Qualität der Technik identifizieren (z.b. Rudern, Tennis) Timing (z.b. Skispringen) 29 modif. nach Zenner, Bewegungskontrolle (z.b. Balldribbling) 5

6 Akustisches System Vestibuläres System Auditorische Raumorientierung durch Laufzeit- und Intensitätsdifferenzen zwischen den paarig angeordneten Rezeptoren (3 ns) Bei Blinden ist die Raumorientierung mittels Gehör deutlich besser ausgeprägt Das vestibuläre System wandelt translatorische und rotatorische Beschleunigungen des Kopfes in bioelektrische Signale um und verarbeitet sie in verschiedenen Instanzen des ZNS Zentralnervös weniger komplex verschaltet als das visuelle System (kürzere Latenz- und Reaktionszeiten auf akustische Reize) Unterstützung durch Signale aus dem visuellen und propriozeptiven System Vestibuläres System Vestibuläres System Vestibularapparat Vestibularapparat 3 Bogengangorgane (Rotationsbeschleunigungen) 3 Bogengangorgane, 2 Maculaorgane 33 2 Maculaorgane macula utriculi, macula sacculi - Statolithenapparat (Translationsbeschleunigungen) Bei Beschleunigung Auslenkung von Haarzellen 34 modif. nach Zenner, Vestibuläres System Vestibuläres System Signale der Gleichgewichtsrezeptoren Vestibulares System wird unterstützt durch Ausnahmslos weitergeleitet an den Hirnstamm oder an das Kleinhirn Steuern Haltungsreflexe (Nacken, Rumpf) sowie reflektorische Augenbewegungen Visuelles System Propriozeption der Hals-, Rumpfund Extremitätenmuskulatur Vestibulo-okuläre Reflexe bei schnellen Drehbewegungen des Kopfes

7 Propriozeptives System Propriozeptives System Propriozeption: Empfindungen der Muskellängensystem (Intrafusale Muskelfasern, Muskelspindeln) Muskeln Golgi-Sehnenrezeptoren Sehnen Gelenke Mechanorezeptoren der Gelenke Muskellängensystem Muskellängensystem Das Muskellängensystem wandelt Muskellängen und Muskellängen-veränderungen in bioelektrische Signale um und verarbeitet sie in verschiedenen Instanzen des ZNS 2-3 mm lange, quergestreifte Muskelfasern 2 Rezeptorsysteme Kernhaufenfasern (Kontraktionsgeschwindigkeit) Kernkettenfasern (Grad der Muskeldehnung) Muskellängensystem Muskellängensystem 41 Rezeptor des Muskellängensystems ist die Muskelspindel In den Muskelspindeln befinden sich intrafusale Muskelfasern, die auf Längen und Längenänderungen reagieren modif. nach Matthews, Die Signale werden von afferenten Nervenfasern (äquatoriale Anteile) an das ZNS weitergeleitet und verarbeitet Intrafusale Fasern können durch efferente Nervenfasern (polare Anteile) innerviert werden (Einstellung der Muskelspindelempfindlichkeit) modif. nach Matthews,

8 Muskellängensystem Muskellängensystem 43 Innervation extra- und intrafusaler Fasern werden so koordiniert, dass eine bewegungsbegleitende Längenkontrolle der extrafusalen Muskelfasern möglich ist (α γ-koaktivierung) modif. nach Matthews, Muskellängensystem Muskellängensystem Muskelsensibilität Steuerung der Bewegung Sicherung des Bewegungsapparats vor Überlastung Dehnungreflex 45 In bestimmten Muskeln sind 1/3 der Fasern intrafusal Sie dienen nicht der Erzeugung von Kraft, sondern zur Kontrolle der Muskelaktivität Die Anzahl der Muskelspindeln ist umso größer, je präsziser der Muskel arbeiten muss (Hals, Hand) Golgi-Sehnenrezeptoren Golgi-Sehnenrezeptoren Aktive Kontraktion

9 Golgi-Sehnenrezeptoren Mechanorezeptoren der Gelenke Aktive Kontraktion mit γ-koaktivierung In Kapseln und Bändern Ruffini- und Vater-Pacinikörperchen Golgi-Sehnenorgane Freie Nervenendigungen Funktionen Hemmung der Streckmuskulatur bei extremen Gelenkbelastungen (Problem des Bänderrisses) Kaum für Information über die Gelenksstellung (kommen vorwiegend aus Sehnen und Muskeln) Propriozeptoren Kinästhetisches System Funktionen Bereitstellung von Informationen über Kräfte, Spannungen, Kontraktionsgeschwindigkeiten, Gelenkstellungen usw. Voreinstellung von Spannungsendzuständen (stiffness) über die Muskelspindeln zur Realisierung zentralnervaler motorischer Programme Empfindungen der Körperoberfläche (Haut) Meissner-Tastkörperchen feine Tastempfindungen, besonders dicht in den Händen und Füßen Freie Nervenendigungen Begrenzung der Kraftentwicklung Begrenzung der Kontraktionsgeschwindigkeit Aktive Entspannung in den Arbeitspausen der Muskulatur Kälte, Schmerz, Juckreiz Golgi-Mazzoni-Körperchen Druck Kinästhetisches System Kinästhetisches System Empfindungen der Körperoberfläche (Haut) Empfindungen der Körperoberfläche (Haut) Vater-Pacinische Lamellenkörperchen Niederfrequente Vibration befinden sich im Unterhautgewebe, in der Umgebung von Gelenken und and der Oberfläche von Sehnen und Faszien Krausesche Endkolben Temperatur Ruffini-Körperchen Wärme Merkelsche Tastzellen Bewegung der Hauthaare Haarfollikel Bewegungen der Hauthaare

10 Kinästhetisches System Nozizeptives System Schmerzrezeptoren Marklose afferente Nervenfasern (C-Zellen bzw. freie Nervenendigungen) Generell hohe Empfindlichkeit Verteilungshäufigkeit über den Körper sehr unterschiedlich ca. 50% der afferenten Nervenfasern sind marklos und der Großteil sind Nozizeptoren Nozizeptives System Nozizeptives System Schmerzrezeptoren Nozizeptiver Reflex Hautoberfläche Knochen Muskeln Sehnen Gelenke Sensorisches System 2.1. Sensorik Rezeptorsystem und Latenzzeiten bei motorischen Reaktionen Merksätze zur Sensorik (Loosch 1999) Bewegungen sind oft nur so gut wie die Sinneseindrücke, die sie steuern Optische Reize: ca ms Akustische Reize: ca ms Propriozeption und Kinästhesie sind besonders zu fördern Man sieht oft nur das, was man weiß 59 Kinästhetische Reize: ca ms Propriozeptive Reize: ca ms Vestibuläre Reize: < 100 ms 60 Alle unsere Sinnesleistungen haben beträchtliche Reserven Die Integration aller Sinnesmodalitäten im sportlichen Üben bringt Vorteile 10

11 Zentralnervensystem (ZNS) Gehirn Gehirn Großhirnrinde (Cortex) Rückenmark Zwischenhirn Mittelhirn Physiologische Träger der Verarbeitung von Informationen aus den Sinnesorganen Basalganglien Kleinhirn Brücke Verlängertes Mark Großhirnrinde (Cortex) Ca mm dicke Schicht von Neuronen 2500 cm² groß Zahlreiche Furchen und Windungen 80% der Hirnmasse Verschiedene Teile (Lappen) mit spezifischen Aufgaben und Funktionen 64 Funktionen der Großhirnrinde (Cortex) Sensorische und motorische Areale In beiden Arealen gibt es eine topografische Gliederung der Körperuskulatur (motorische Repräsentation: Homunculus) Kontralaterale Präsentation der Körpermuskulatur (Kreuzung der Pyramidenbahnen) Motorische Repräsentation (Homunculus) Funktionen der Großhirnrinde (Cortex) Limbisches System Motivationsareal Steht mit dem Hypothalamus in Verbindung Motivation Emotion Aufmerksamkeit

12 Funktionen der Großhirnrinde (Cortex) Funktionen der Großhirnrinde (Cortex) Assoziationsfelder (uni- und multimodal) Erkennen bestimmter Charakteristika (Farben, Laute, Gesichter, Haltungs- und Gangmuster, Spielsituationen Taktik) Wahrscheinlich beteiligt an der Gedächtnisbildung Kontrolle der Willkürmotorik Planung Initiierung Ausführung der Bewegung Afferente Zuflüsse Kortikokortikale Verbindungen Thalamokortikale Bahnen Hirnstamm Zwischenhirn Mittelhirn Hypothalamus Übergeordnete Schaltzentrale für das vegetative (autonome) Nervensystem Thalamus Weiterleitung sensorischer Informationen an den Cortex Koordiniert die Arbeit einzelner Regionen den Cortex Beteiligt an Bewegungsplanung und -koordination Dorsaler Teil Sensorische Funktionen (Verarbeitung visueller und auditiver Informationen) Ventraler Teil Motorische Funktionen (Stützmotorik) Basalganglien Kleinhirn 71 Verbinden Cortex und Thalamus (5 vernetzte Kerne) Nur indirekt an der Bewegungsausführung beteiligt Beteiligt an Planung, Initiierung und Kontrolle von Willkürbewegungen (vorwiegend langsame, stabile Bewegungsmuster) Krankheitsbild: Morbus Parkinson 72 Vestibulocerebellum Vestibuläre Informationen, Stützmotorik, Gang Augenmotorik Spinocerebellum Informationen aus dem Rückenmark Koordiniert Haltung und Fortbewegung Pontocerebellum Koordiniert Stützmotorik Koordiniert sehr schnelle Bewegungen Korrigiert bereits ablaufenden Bewegungen 12

13 Brücke und verlängertes Rückenmark Enge Beziehung zum Kleinhirn Kontrolle der aufrechten Haltung Abstimmung der Kopf-, Rumpf- und Extremitätenbewegung (Stützmotorik) Differenzielle Probleme der Informationsverarbeitung und -speicherung Enge des Bewusstseins Bewusstheit und Automatisierung Physikalische und subjektive Zeit 73 Steuerung der Hals- und Labyrinthreflexe Regulierung von Verdauung, Atmung und Herzfrequenz 74 Physikalischer und subjektiver Raum Hemmung und Aktivierung Behalten und Vergessen 2.3. Effektorische Systeme 75 Merksätze zur Informationsverarbeitung und speicherung (Loosch 1999) Widersprüche in der Bewegung akzeptieren, beachten und nutzen Die Bewegung spielt sich auch im Kopf ab Zeit und Raum sich nicht nur objektive Größen Das Nichtbewusste in der Bewegungskontrolle nutzen Im Lernprozess haben regressive Phasen Sinn Das geistige Spiel mit der Bewegung nicht vergessen 76 Funktionen Bewegungen starten Bewegungen ausführen Bewegungsausführungen überwachen Bewegungsergebnis bewerten Ausführungsvorschriften der Prozesse speichern 2.3. Effektorische Systeme Muskelkontraktion 77 Motorische und sensorische Systeme sind untrennbar miteinander verbunden Elemente der motorischen Systeme Areale des Kortex (Großhirnrinde) Nerven zum Rückenmark Motorneurone 78 Körperbewegungen entstehen durch Muskelverkürzungen (Kontraktionen) Aufbau des Muskels Muskel Muskelfaser (Muskelzelle) Myofibrille Sarkomer Myosin, Aktin modif. nach Matthews,

14 Muskelkontraktion Muskelkontraktion Motorische Einheit Kontraktionskraft Motorneuron Frequenzierung Sämtliche von ihm versorgte Muskelfasern Zahl der versorgten Muskelfasern liegt zwischen 10 und mehreren Tausend, je nach Größe und Funktion des Muskels Entladung eines Motoneurons führt zu einer Einzelzuckung Wiederholte Entladungen führen zu Überlagerungen (Summation) Rekrutierung Muskelfasertypen Intramuskuläre Koordination Effektorische Systeme 2.3. Effektorische Systeme Differenzielle Probleme der Effektorik Beispiele zu Stabilität und Variabilität Wechselwirkungen Agonist Antagonist Interferenz 81 FITTsches Gesetz (Genauigkeit und Geschwindigkeit) Motorischer Transfer Lateralität Stabilität und Variabilität Haltung und Bewegung: Stützmotorik Zielmotorik Beweglichkeit und Dehnung 82 Loosch & Tamme (1997) Loosch (1999) 2.3. Effektorische Systeme Merksätze zur Effektorik (Loosch 1999) Willkürbewegungen haben Handlungscharakter 83 Bewegung ist nicht nur ein Resultat muskulärer Anspannung Teilleistungsbereiche nicht unkritisch maximieren Transferphänome gezielt nutzen Nicht nur Idealvorgaben anstreben auch individuelle Stärken fördern Bewegungen sind nicht widerspruchsfrei 84 Zielgerichtet Bewusste Planung und Korrektur Reflexe sind stereotype Antworten des Nervensystems auf sensorische Reize Großteil der Reflexe läuft über die Ebene des Rückenmarks 14

15 Einfachste Form einer koordinierten motorischen Aktion Eindeutige Reiz-Reaktions- Beziehung Vorteile gegenüber Willkürbewegungen Sehr schnell (30 50 ms) Laufen instinktiv ab Entlastung des Bewusstseins Sichern den Organismus vor Überlastung und Verletzung Nachteile gegenüber Willkürbewegungen Können Verletzungen induzieren (z.b. Abstützen nach einem Sturz, Überlagerung sportmotorischer Abläufe mit Angst- und Schutzreflexen) Unbedingte Reflexe entziehen sich dem bewussten Zugriff keine direkte Steuerung und Kontrolle Nutzung und Abgewöhnung bedarf eines intensiven Trainings 88 Klassifikation von Reflexen Nach Relation zum Lernprozess: unbedingte bedingte Reflexe Nach Art und Anzahl beteiligter neurophysiologischer Strukturen: monosynaptisch - polysynaptisch Nach ihrer Funktion: statische Reflexe und Lagereflexe Schutzreflexe Fluchtreflexe Unbedingte Reflexe (sind angeboren) Muskeldehnungsreflex monosynaptisch: Reiz- und Reaktionsort sind gleich sehr schnell (30 50 ms) Muskeldehnungsreflex Golgi-Sehnen-Reflex Monosynaptisch Nur eine synaptische Verschaltung Eigenreflex 89 polysynaptisch: Reiz- und Reaktionsort sind getrennt langsamer ( ms) Schutzreflexe Tonus- und Haltungsreflexe 90 Reiz und Reaktion befinden sich im selben Organ (Muskel) 15

16 Komponenten des motorischen Reflexes Rezeptor Afferente Nervenfasern Reflexzentrum (Schaltung) Efferente Nervenfasern Effektor (reagierender Muskel) Muskeldehnungsreflex Stabilisierung der Muskellänge des betreffenden Muskels Rezeptor: Muskelspindeln Afferente Nervenfasern: Ia-Fasern Reflexzentrum (Rückenmark) Entladung des Motoneurons: efferente Nervenfasern Effektor (gedehnter Muskel) Im Sport bedeutsame Reflexe Im Sport bedeutsame Reflexe Reflexe zur Rechts-Links-Koordination Gehen und Laufen, gekreuzte Streckreflexe Reflexe zum Ausgleich von peripheren Störgrößen (Erhaltung des Gleichgewichts) 93 Steuerfunktion des Kopfes Halsreflexe steuern den Muskeltonus Zurücknehmen des Kopfes bewirkt Körperspannung und streckung 94 Schutzreflexe in der Bewegung Zufliegender Ball: Hände vor das Gesicht Fangen und Schlagen von Bällen: Augen schließen (negativ) Stürzen und Fallen: Einziehen des Kopfes Unerwünschte Wirkungen von Schutzreflexen Merksätze zum Umgang mit Reflexen im Sport (Loosch 1999) 95 Einknicken der Hüfte bei nach hinten gerichteten Bewegungen Abfaller rückwärts im Wasserspringen Lidschlussreflex Schießsport Torwarte im Hand- und Fußball Block im Volleyball Halsstellreflex Kopf an die Brust beim Rückwärtssalto Kopf in den Nacken beim Kopfsprung 96 Reflexe sind wichtige Bausteine jeder Bewegung Die Nutzung von Reflexen erfordert oft intensives und geduldiges Üben Funktionsumwandlungen bei kritischen Reflexen anstreben Reflexe sind oft in Kausalketten eingebunden, an deren Anfang man ansetzen muss 16