Kraft- und Ausdauerleistungen im Mountainbikesport

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1 Kraft- und Ausdauerleistungen im Mountainbikesport Inaugural-Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde der Philosophischen Fakultäten der Albert-Ludwigs-Universität zu Freiburg i. Br. vorgelegt von Björn Stapelfeldt aus Ratzeburg Februar 2001

2 Erstgutachter: Zweitgutachter: Prof. Dr. M. Bührle PD Dr. M. Huonker Vorsitzender des Promotionsausschusses des Gemeinsamen Ausschusses der Philosophischen Fakultäten I-IV: Prof. Dr. C. Pietzcker Datum der Fachprüfung: 28. Juli 2001

3 INHALTSVERZEICHNIS Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Problemstellung Allgemeine Zielsetzung Aufbau der Arbeit Die motorischen Grundeigenschaften Kraft und Ausdauer als Voraussetzungen konditioneller Leistungen Vom Fähigkeitskonzept in der Trainings- und Bewegungslehre zum dimensionsanalytischen Ansatz Die konditionelle Grundeigenschaft Kraft Die Basisfähigkeit Maximalkraft Statisches und dynamisches Kraftverhalten Die konditionelle Grundeigenschaft Ausdauer Die grundlegenden Stoffwechselsysteme Der Phosphatstoffwechsel Das glykolytische System Das oxidative System Die Stoffwechselsysteme im Regelkreis Leistungsfähigkeit der energieliefernden Systeme Kardio-vaskuläre und respiratorische Aspekte der Ausdauerfähigkeiten Metabolische Eigenschaften der Muskelfasertypen und deren sportartspezifische Verteilung Die Rolle des Skelettmuskels im Laktatstoffwechsel Zusammenfassung - Adaptationen der Ausdauerfähigkeiten Die Problematik der Abgrenzung von Kraft- und Ausdauerfähigkeiten bei der Verwendung des Begriffes Kraftausdauer Kraft- und Ausdauerfähigkeiten als Leistungsvoraussetzungen im Radsport Operationalisierung von Kraft- und Ausdauerfähigkeiten im Radsport allgemeine Testmethodik

4 INHALTSVERZEICHNIS Abschätzung der Kraftfähigkeiten im Radsport Messung der Leistung mit dem SRM-System Abschätzung der aeroben Ausdauerfähigkeiten im Radsport Abschätzung der anaeroben Ausdauerfähigkeiten im Radsport Problematik des Begriffes Ausdauerleistungsfähigkeit Untersuchungen zur Ausprägung von Kraft- und Ausdauerfähigkeiten im Radsport Evaluation radspezifischer leistungsdiagnostischer Tests Zielsetzung und Hypothesen Methodik Ergebnisse Stufentest Plateau-Leistungs-Test Drehmomenttest Radspezifischer statischer Krafttest Gewicht Zusammenfassung und Diskussion Anforderungsprofil Mountainbike Wettkampfanalyse Analyse von Teilstrecken in Mountainbike-Wettkämpfen Zielsetzung und Fragestellungen Methodik Ergebnisse Zusammenfassung und Diskussion Wettkampfuntersuchungen mit dem SRM-System Zielsetzung und Hypothesen Methodik Ergebnisse Zusammenfassung und Diskussion

5 INHALTSVERZEICHNIS 6. Anforderungsprofil Mountainbike - Feldtest Zielsetzung und Fragestellungen Methodik Ergebnisse Vergleich der Feldtest- und Wettkampfbelastung Beanspruchungsreaktion dargestellt an physiologischen Parametern Vergleich von Feldtest und Labortest Zusammenfassung und Diskussion Vergleich verschiedener Disziplingruppen anhand leistungsdiagnostischer Daten Zielsetzung und Hypothesen Methodik Ergebnisse Stufentest Plateau-Leistungs-Test Drehmomenttest, radspezifischer statischer Krafttest Zusammenfassung und Diskussion Ausblick Trainingsmethodische Konsequenzen Weitere Forschungsaspekte Zusammenfassung Literatur Anhang

6 INHALTSVERZEICHNIS 6

7 1. EINLEITUNG 1. Einleitung 1.1. Problemstellung Mountainbikerennen waren 1996 als Cross-Country-Rennen zum ersten Mal Teil des olympischen Programms in Atlanta/USA und haben auch bei den Olympischen Spielen 2000 in Sydney/Australien wieder stattgefunden. Der Mountainbikesport hat sich damit international als Leistungssport etabliert. Um dieser Entwicklung zu folgen, bestand seitens des Spitzenverbandes der Wunsch nach einer leistungsdiagnostischen Betreuung der Disziplin. Die Wissenschaft hat sich bis heute nur sehr unzureichend mit dem Mountainbikesport befaßt. So werden in verschiedenen Veröffentlichungen zwar trainingswissenschaftliche Empfehlungen gegeben, sie beruhen aber oft nur auf individuellen Erfahrungswerten (BRÜGGEN/KÜRSCHNER 1991; GERIG/FRISCHKNECHT 1996; SCHMIDT 1997). Meist handelt es sich dabei um die Empfehlungen von aktiven oder ehemaligen Spitzenfahrern. Eine genaue Analyse der dem Mountainbikesport zugrundeliegenden Anforderungen liegt bisher nicht vor (KÖHLER/VÖLKER 1994). In der Literatur finden sich lediglich einzelne Ansätze zur Klärung spezifischer Fragestellungen. Als 1996 der Bund Deutscher Radfahrer (BDR) die Anfrage nach einer leistungsdiagnostischen Betreuung und trainingswissenschaftlichen Beratung an den Olympiastützpunkt, das Institut für Sport und Sportwissenschaft und die Abteilung für Prävention, Rehabilitation und Sportmedizin der Universität in Freiburg stellte, konnten daher zunächst keine wissenschaftlichen Angaben für den Hochleistungssport gemacht werden Allgemeine Zielsetzung Aus dieser Problematik ergibt sich die Aufgabe und damit die übergeordnete Zielsetzung der Arbeit, die leistungsbestimmenden konditionellen Faktoren im Mountainbikesport aufzudecken und daraus ein Anforderungsprofil zu erstellen. Wissenschaftstheoretisch läßt sich das Aufgabenfeld, das sich hiermit auftut, der Anwendungsforschung zuordnen. Diese ist in ihrer Bedeutsamkeit längst anerkannt (KRUG 1993; MARTIN 1993). Die präzise Kenntnis der sportartspezifischen Anforderungen und des personenspezifischen Leistungsprofils ist eine notwendige Voraussetzung für ein optimales Training und damit ein zentrales Erkenntnisziel der Trai- 7

8 1. EINLEITUNG ningswissenschaft: Die Erforschung der Struktur des sportlichen Wettkampfes und seiner Verknüpfung mit Trainingsmaßnahmen stellt eine große Herausforderung für die Trainingswissenschaft dar. (LAMES 1995, 48). Die Begriffe Anforderungsprofil und Leistungsprofil sind dabei wie folgt voneinander abzugrenzen. Im Anforderungsprofil werden alle für eine Sportart notwendigen Fähigkeiten, Fertigkeiten und Eigenschaften eingeordnet. (HAHN 1992, 33). Das Leistungsprofil ist eine Beschreibung der Fähigkeiten und Fertigkeiten eines Sportlers, der Lernfortschritte des Athleten im Training und der erzielten Ergebnisse in Wettkämpfen. (HAHN 1992, 281). Dabei läßt das Leistungsprofil eines ausreichend großen Sportlerkollektivs Rückschlüsse auf das Anforderungsprofil zu, da davon auszugehen ist, dass die Anforderungen der Sportart das Leistungsprofil des einzelnen Sportlers prägen. Die differenzierte Beschreibung des Anforderungsprofils einer Sportart ist die erste Voraussetzung für eine gezielte Trainingsplanung. Die zweite Voraussetzung ist die Erfassung des individuellen Leistungsprofils. Die hierfür erforderliche Quantifizierung der sportartspezifisch notwendigen und individuell ausgeprägten Fähigkeiten und Fertigkeiten geschieht über die Leistungsdiagnose im weitesten Sinne. 1 Leistungsdiagnose ist das Erkennen und Benennen des individuellen Niveaus der Komponenten einer sportlichen Leistung oder eines sportlichen Leistungszustandes. Eine detaillierte und möglichst exakte Leistungsdiagnose ist die Voraussetzung zur Steuerung und Regelung des Trainings. (CARL 1992c, 277). Außer zur Erstellung individueller Leistungsprofile trägt die Leistungsdiagnose zur Beschreibung sportartspezifischer Anforderungsprofile bei, wenn man die leistungsdiagnostischen Daten von Sportlergruppen analysiert. Erkenntnistheoretische Basis - Fähigkeitskonzept Motorische Fähigkeiten sind Voraussetzungen für sportmotorische Leistungen. Hier wird auf oberster Abstraktionsebene im wesentlichen zwischen koordinativen und konditionellen Fähigkeiten unterschieden (CARL 1992b). Als konditionelle Fähigkeiten gelten die Kraftfähigkeiten, die Ausdauerfähigkeiten, die Schnelligkeitsfähigkeiten 1 Als leistungsdiagnostische Verfahren lassen sich mit CARL (1992c, 277) Wettkampfbeobachtung, Feldtests und Laboruntersuchungen nennen. Unter Wettkampfbeobachtung werden hier über Beobachtung im Sinne von Wahrnehmung hinaus objektive Meßverfahren betrachtet. 8

9 1. EINLEITUNG und die Beweglichkeit von denen im Radsport den Kraft- und Ausdauerfähigkeiten die größte Bedeutung zukommt. Die Begriffe Kraft und Ausdauer sind zu allgemein, als dass sich mit ihnen das Zustandekommen einer sportlichen Leistung und darüber hinaus die Möglichkeiten einer Einflußnahme im Sinne einer Verbesserung auf die konditionelle Leistungsfähigkeit erklären ließen. Ihnen fehlt die klare Abgrenzung untereinander und die Zurückführung auf eindeutige Bedingungsfaktoren. Die Aufklärung von einander unabhängigen und möglichst elementaren Dimensionen des sportmotorischen Verhaltens, die sich eigenständig durch spezifische Trainingsmethoden entwickeln lassen, ist Ziel dimensionsanalytischer Strukturierungsansätze konditioneller Fähigkeiten (BÜHRLE 1985, 1989). In diesen Ansätzen ist nicht von der Kraft, sondern von Kraftfähigkeiten die Rede: die Maximalkraft, die Schnellkraft, die Reaktivkraft. Entsprechendes gilt für die Ausdauer. Sie läßt sich anhand der energieliefernden Stoffwechselsysteme weiter in aerobe und anaerobe Ausdauerfähigkeiten unterteilen. Diesen Konstrukten liegen eindeutige morphologische, metabolische und physiologische Bedingungsgefüge zugrunde. Die Kenntnis des theoretischen Bedingungsgefüges konditioneller Fähigkeiten ist Voraussetzung, um die leistungsbestimmenden konditionellen Faktoren einer Sportart eindeutig benennen zu können. Dessen Darstellung ist daher als erster Schritt zur Erstellung eines Anforderungsprofils im Mountainbike-Sport anzusehen. Operationalisierung von Fähigkeiten - Leistungsdiagnostik Die Ausprägung konditioneller Fähigkeiten sichtbar zu machen, ist ein zentrales Anliegen leistungsdiagnostischer Tests. Im Sport werden Tests sowohl als Routineverfahren zur Merkmalskontrolle, wie auch als Forschungsmethode eingesetzt. Es kann der konditionelle Zustand getestet werden, das Fertigkeitsniveau, Fähigkeiten oder das taktische Können. Dem Test liegt prinzipiell immer eine Einschränkung des komplexen Bedingungsgefüges zugrunde, um aus der Fülle unterschiedlichster Einflußfaktoren das relevante Merkmal herausfiltern zu können (LOOSCH 1999, 282). Die Kraft und die Ausdauer sind nicht meßbar. Die in konditionellen sportmotorischen Tests abgeschätzten Kriterien müssen der Ebene der elementaren Bedingungsstrukturen entstammen, um Aufschluß über die zentralen Anpassungserscheinungen zuzulassen. Als Testparameter bieten sich physiologische Größen wie zum Beispiel die Laktatkonzentration oder die Sauerstoffaufnahme und biomechanische 9

10 1. EINLEITUNG Parameter wie zum Beispiel die Kraft, das Drehmoment oder die Leistung an, die in Tests wie dem Stufentest oder im Wettkampf direkt meßbar sind. Eine eindeutige Zuordnung der Meßgrößen zu den elementaren Bedingungsstrukturen setzt allerdings eine eindimensional ausgerichtete Testkonstruktion voraus. Parameter wie die Leistung sind meist komplex determiniert. Das Vorhandensein differenzierter Testverfahren mit Kriterien, die eindeutig den elementaren Bedingungsstrukturen konditioneller Fähigkeiten zuzuordnen sind, ist Voraussetzung, um die leistungsbestimmenden konditionellen Faktoren einer Sportart zu quantifizieren. Die Beschreibung und Evaluation von leistungsdiagnostischen Verfahren zur Operationalisierung der im Radsport relevanten Fähigkeiten ist daher als zweiter Schritt zur Erstellung eines Anforderungsprofils im Mountainbike-Sport anzusehen. Leistungsbestimmende Faktoren - Anforderungsprofil Die physikalische Leistung in Watt ist die zentrale Größe in leistungsdiagnostischen Untersuchungen im Radsport. Sie kann mit dem Schoberer-Rad-Meßsystem (SRM- System) direkt am Rad gemessen werden. Die Leistung ist im Sinne des Belastungs- Beanspruchungs-Konzeptes als Belastungsgröße ausgewiesen (WILLIMCZIK/DAUGS/ OLIVIER 1992; SCHMIDT/THEWS 1983, 602). Sie allein läßt zunächst keine Aussagen über Fähigkeiten und Fertigkeiten zu. Es fehlen physiologische Parameter als Beanspruchungsgrößen. Mit leistungsdiagnostischen Verfahren lassen sich im Radsport physiologische und biomechanische Parameter in unterschiedlicher Weise messen. Die Bewährungssituation von Training im Hochleistungssport ist jedoch nicht der Test, sondern der Wettkampf. Wettkampfbeobachtungen weisen demgemäß die größte Nähe zur Bewährungssituation auf. Problematisch ist die fehlende Rückwirkungsfreiheit der meisten Meßverfahren. So lassen sich in Radrennen die Laktatkonzentration und die Sauerstoffaufnahme nicht ohne gravierende Beeinträchtigung der Sportler erheben. Im Gegensatz dazu sind im Labor unter standardisierten Bedingungen eine Vielzahl biomechanischer und physiologischer Größen meßbar. Allerdings unterscheiden sich die Bedingungen oft stark von den Wettkampfbedingungen, so dass eine Übertragung der Ergebnisse nur eingeschränkt möglich ist. Zwischen beiden Verfahren ist der Feldtest einzuordnen. Er gestattet es, unter wettkampfnahen Bedingungen Meßverfahren anzuwenden, die im Wettkampf selbst nicht einzusetzen sind. 10

11 1. EINLEITUNG In allen drei Situationen Wettkampf, Feld, Labor ermöglicht das SRM-System die Messung der physikalischen Leistung. Die Leistung gewährleistet somit die Verbindung von Daten aus den unterschiedlichen Situationen. In den Laboruntersuchungen werden die physiologischen Parameter in Beziehung zur Leistung gesetzt. Wenn man nun die im Wettkampf gemessene Leistung mit der Leistung im Labor vergleicht, ist es möglich, von den physiologischen Daten aus dem Labor in eingeschränktem Maße auf die Beanspruchung im Wettkampf zu schließen. Ob dieser Schluß zulässig ist, läßt sich im Feldtest überprüfen, in dem parallel zur Leistung physiologische Daten unter Wettkampfbedingungen erhoben werden können. Der dritte Schritt in dieser Arbeit ist die Verbindung von Wettkampf-, Feld- 2 und Labormessungen, um die leistungsbestimmenden Faktoren aufzudecken und ein Anforderungsprofil in einer Sportart wie dem Mountainbiken zu erstellen. Es bleibt zu betonen, dass ein solcher Ansatz auf den Spitzensport ausgerichtet ist. Denn nur in diesem Feld ist eine derart differenzierte Analyse notwendig und der enorme Aufwand zu rechtfertigen. Eine auf den Breiten- oder Gesundheitssport ausgerichtete Analyse des Anforderungsprofils Mountainbike hätte andere Ziele und damit auch einen anderen Inhalt und Aufbau. Zusammengefaßt ergeben sich drei Aufgabenfelder für die vorliegende Arbeit (Vgl. Abbildung 1-1): 1. die Darstellung des theoretischen Bedingungsgefüges von Kraft- und Ausdauerfähigkeiten; 2. die Beschreibung und Evaluation von leistungsdiagnostischen Verfahren zur Operationalisierung der im Radsport relevanten Fähigkeiten; 3. die empirische Bestimmung der konditionellen leistungsbestimmenden Faktoren im Mountainbikesport im nationalen und internationalen Spitzenbereich und deren Zusammenführung zu einem disziplinspezifischen Anforderungsprofil. 2 Wettkampfmessungen sind strenggenommen den Feldmessungen zuzuordnen. Feldmessungen beziehen sich hier jedoch auf Untersuchungen mit Meßmethoden, die im eigentlichen Wettkampf nicht eingesetzt werden können. 11

12 1. EINLEITUNG 1. Theoretische Grundlagen Fähigkeitskonzept 2. Evaluation leistungsdiagnostischer Verfahren Operationalisierung von (sportartrelevanten) Fähigkeiten Erfahrung / Alltagstheorien 3. Anforderungsprofil Mountainbike Beschreibung und Quantifizierung der Leistungskomponenten Trainingspraktische Anwendung Individuelle Leistungsdiagnostik Trainingsmethodik Abbildung 1-1: Um von den Inhalten des Fähigkeitskonzeptes zur trainingspraktischen Anwendung in einer Sportart zu gelangen, sind Verfahren zur Operationalisierung von (sportartrelevanten) Fähigkeiten und die Beschreibung und Quantifizierung der Leistungskomponenten der jeweiligen Sportart notwendig. Der direkte Weg von der Theorie zur Trainingspraxis oder die ausschließliche Berücksichtigung von Erfahrungen sowie Alltagstheorien ist unzureichend. Daraus ergeben sich die drei Aufgabenfelder der Arbeit: 1. Darstellung der theoretischen Grundlagen, 2. Evaluation der sportartrelevanten leistungsdiagnostischen Verfahren, 3. Erstellung eines Anforderungsprofils für die Sportart Mountainbike. Aus den letzten beiden Schritten sind Rückschlüsse auf das Grundlagenmodell zu erwarten. 12

13 1. EINLEITUNG 1.3. Aufbau der Arbeit Das Fähigkeitskonzept und der dimensionsanalytische Ansatz sind als strukturgebende, wissenschaftliche Modelle der Ausgangspunkt der Darstellung des theoretischen Bedingungsgefüges von Kraft- und Ausdauerfähigkeiten im zweiten Kapitel. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der differenzierten Beschreibung der physiologischen und metabolischen Voraussetzungen der Ausdauerfähigkeiten, die traditionell als gewichtigste Einflußgrößen im Radsport gelten. Dem Überschneidungsbereich von Kraft- und Ausdauerfähigkeiten ist der Begriff Kraftausdauer zuzuordnen. Dessen undifferenzierte Verwendung findet sich häufig bei der Beschreibung von Radsportleistungen. Der Begriff wird daher abschließend kritisch diskutiert. Inwiefern Kraft- und Ausdauerfähigkeiten als Leistungsvoraussetzungen im Radsport relevant sind, wird im dritten Kapitel auf theoretischer Ebene beleuchtet. Der Hauptteil beschäftigt sich mit den Möglichkeiten der Operationalisierung von Kraft- und Ausdauerfähigkeiten im Radsport. Hier erfolgt auch die Beschreibung der Meßsysteme und Tests, die in den empirischen Untersuchungen verwendet wurden. Auf eine weitere Darstellung dieser Verfahren in den zusätzlichen Methodikteilen der einzelnen empirischen Kapitel wird daher verzichtet. Der zweite Teil gibt den aktuellen Forschungsstand zur Ausprägung von Kraft- und Ausdauerfähigkeiten im Mountainbikesport wieder. Der empirische Teil erstreckt sich auf die Kapitel vier bis sieben. Im vierten Kapitel erfolgt die Evaluation der verschiedener radspezifischer leistungsdiagnostischer Tests, die sich zur Abschätzung konditioneller Fähigkeitsausprägungen im Radsport etabliert haben. Kapitel fünf beinhaltet die Darstellung der Wettkampfuntersuchungen, die sich auf die Analyse von Teilstrecken und auf die Untersuchungen mit dem SRM-System aufteilen. Hier finden sich Daten aus verschiedenen nationalen und internationalen Rennen mit Spitzenathleten. Das sechste Kapitel gibt die Ergebnisse des Mountainbike-Feldtests wieder, in dem in einer wettkampftypischen Situation neben biomechanischen Daten spirometrische Größen erfaßt und die Laktatkonzentration bestimmt wurden. Ein Vergleich verschiedener Disziplingruppen anhand leistungsdiagnostischer Daten ist Inhalt des siebten Kapitels. 13

14 1. EINLEITUNG Im daran anschließenden achten Kapitel werden in einem Ausblick die Konsequenzen genannt, die sich aus den Erkenntnissen für die Trainingspraxis ergeben und Vorschläge für weitere Untersuchungen gemacht. Dieser Aufbau führt durch die Kombination von theoretischen Erkenntnissen und empirischen Befunden zum Thema Kraft- und Ausdauerleistungen im Mountainbikesport zu einem wissenschaftlich fundierten, sportartspezifischen Anforderungsprofil. 14

15 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER 2. Die motorischen Grundeigenschaften Kraft und Ausdauer als Voraussetzungen konditioneller Leistungen 2.1. Vom Fähigkeitskonzept in der Trainings- und Bewegungslehre zum dimensionsanalytischen Ansatz Das Fähigkeitskonzept konditioneller Leistungsvoraussetzungen Die Messung des Ausprägungsgrades von Fähigkeiten bildet den Kern der sportmotorischen Diagnostik und damit auch die zentrale Zugangsmöglichkeit zur Erstellung eines Anforderungsprofils einer Sportart wie dem Mountainbike-Fahren. Die Individualdiagnostik zeigt einerseits die interindividuelle Variation von Fähigkeitsausprägungen im Vergleich verschiedener Athleten auf. Andererseits läßt sich das Ausmaß von Trainingseffekten kontrollieren. Vom Mittelwert einer möglichst großen Zahl von individuellen Testitems einer Gruppe von Athleten läßt sich auf das Anforderungsprofil einer Sportart schließen (WANG 1999). Das Fähigkeitskonzept ist damit der Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit. Für die Ableitung von Strategien zum Erreichen sportlicher Erfolge bzw. hoher sportlicher Leistungen und auch von Trainingsentscheidungen, ist es notwendig, die Bedingungen zu kennen, die für das Zustandekommen erforderlich bzw. ursächlich sind. Solche Bedingungen sind auf unterschiedlichen Systematisierungsebenen zu betrachten. (MARTIN/CARL/LEHNERTZ 1992, 24). MARTIN/CARL/LEHNERTZ bieten auf oberster Systematisierungsebene eine Unterteilung in personale und apersonale Bedingungen sportlicher Leistungen an. Die Systematisierung der personalen Leistungsbedingungen geschieht durch das Fähigkeitskonzept in der Trainings- und Bewegungslehre (CARL 1992b). Es beinhaltet die Einteilung der Leistungsvoraussetzungen in Fähigkeiten. Diese können ganz allgemein [als] eine relativ stabile personeninterne Bedingung oder Voraussetzung zum Vollzug einer Tätigkeit bezeichnet werden (CARL 1992b, 158). In zahlreichen Arbeiten wurde der Versuch unternommen, einzelne Fähigkeiten als Leistungsvoraussetzung herauszuarbeiten und zu einer Terminologie zusammenzufügen (FLEISHMAN 1964; SCHNABEL 1965; GUNDLACH 1968; MATTAUSCH 1973; PÖHL- MANN 1977; BÖS/MECHLING 1983). Eine Übersicht der wichtigsten Arbeiten und deren zentraler Begriffe befindet sich bei ROTH (1983, 59). Dabei hat sich die Diskussion 15

16 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER um Fähigkeiten und Eigenschaften zunächst der psychologischen Terminologie bedient. Diese konnte jedoch für die Trainings- und Bewegungswissenschaft bedeutsame Fragestellungen nach den energetischen Zusammenhängen nicht beantworten, so daß das Konzept um physiologische und metabolische Inhalte erweitert wurde (MATHAUSCH 1973; BÖS/MECHLING 1983). Das Fähigkeitskonzept ist ein gedankliches Modell. Fähigkeiten existieren nicht wirklich. Es handelt sich um Konstrukte - gedankliche Hilfskonstruktionen für die Beschreibung von Erscheinungen, die nicht faktisch beobachtbar sind, sondern auf die nur aus beobachtbaren Daten geschlossen werden kann. Der Beobachter schließt aus dem motorischen Verhalten einer Person auf die Ausprägung von bestimmten Fähigkeiten. 3 Fähigkeiten [entwickeln] sich durch und in der Tätigkeit (auch als Anwendung von Fertigkeit). (BÖS/MECHLING 1983, 73). Diese Eigenschaft birgt die Problematik, eine gültige Schlußfolgerung von der Beobachtung auf die Ausprägung der Fähigkeit zu finden. Eine Möglichkeit, dieses Dilemma aufzulösen, ist die Konstruktion von Tests, welche die Fähigkeitsausprägungen von definierten Testgrößen ableiten. Wir halten [...] gerade diesen Schritt der Zuordnung von Testitems zu motorischen Fähigkeiten für außerordentlich wichtig, weil in dieser Phase die Möglichkeit des Rückschlusses von den empirischen Befunden auf die theoretischen Konstrukte determiniert ist. (BÖS/MECHLING 1983, 80). CARL (1992b) unterscheidet für die Trainings- und Bewegungswissenschaft auf der obersten gedanklichen Ebene in konditionelle, koordinative und intellektuelle Fähigkeiten. Die Unterscheidung zwischen konditionellen und koordinativen Fähigkeiten geht auf GUNDLACH (1968) zurück. Die Einteilung in Ebenen macht deutlich, daß es sich um ein hierarchisches Modell handelt. Für die konditionellen Fähigkeiten lassen sich verschiedene sogenannte motorische Grundeigenschaften nennen, zu denen die Kraftfähigkeiten und die Ausdauerfähigkeiten zählen. Es sei betont, das es die Fähigkeit Kraft und die Fähigkeit Ausdauer nicht gibt. Insofern haben die Begriffe Kraft und Ausdauer für sich genommen lediglich übergreifenden Ordnungscharakter. Die eigentlichen Kraftfähigkeiten und Ausdauerfähigkeiten manifestieren sich durch die physiologischen und metaboli- 3 Aufgrund des Konstruktcharakters kann eben nicht auf die Fähigkeit selbst, sondern nur auf die Höhe ihrer Ausprägung geschlossen werden. 16

17 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER schen Adaptationen (BÜHRLE 1989). Die physiologischen und metabolischen Funktionseinheiten oder Bedingungen werden als Basalfähigkeiten bezeichnet (BÜHRLE 1991). Da sie sich nicht weiter unterteilen lassen, bilden sie die Basis und damit die unterste Ebene im hierarchischen Modell. Ein wichtiges Grundprinzip des Fähigkeitskonzeptes ist die Unabhängigkeit der Fähigkeiten untereinander (BÖS/MECHLING 1983). Diese leitet sich zwingend aus der Reduktion von einzelnen Fähigkeiten auf physiologische und metabolische Funktionseinheiten oder Bedingungen ab, welche aufgrund ihrer Struktur oder ihrer Funktion im Organismus unabhängig voneinander sind. Nur so lassen sich Einflußfaktoren der sportlichen Leistung deutlich voneinander trennen und mit spezifischen Trainingsmethoden ansteuern. 4 Problematisch ist jedoch der empirische und statistische Nachweis der Unabhängigkeit für einzelne Fähigkeiten, da sich diese häufig parallel entwickeln (WANG 1999). Die Überprüfung der Unabhängigkeit muß daher auf einer möglichst niedrigen Abstraktionsebene des Fähigkeitsmodells erfolgen dies ist die Ebene der physiologischen und metabolischen Anpassungserscheinungen oder basalen Fähigkeiten. Die Verwendung des Fähigkeitsbegriffes macht eine Generalisierung von Leistungsvoraussetzungen auf Klassen von Bewegungsleistungen möglich (BÖS/MECHLING 1983, 72). Es besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Bewegungsleistungen mit den gleichen Fähigkeiten zu beschreiben und zu erklären. Damit gelten für diese unterschiedlichen Bewegungsleistungen auch die gleichen Adaptationen, folglich sind Trainingsmethoden zu vereinfachen und zu vereinheitlichen. Konditionelle Fähigkeiten werden danach als allgemeine Leistungsvoraussetzungen für verschiedene Klassen von Bewegungsleistungen verstanden, die auf physiologi- 4 Das Unabhängigkeitsprinzip ist dem dimensionsanalytischen Ansatz zuzuordnen. Genaugenommen hat dieses Prinzip nur innerhalb dieses methodischen Ansatzes Gültigkeit während es nicht für den phänomenologisch-beschreibenden Ansatz gilt. Hier werden Fähigkeiten nach Bewegungsklassen gebildet, die theoretisch auf gleichen physiologisch-metabolischen Adaptationen basieren und somit nicht unabhängig voneinander sind. Die Festlegung der Verbindung von Fähigkeiten und physiologisch-metabolischen Adaptationen schließt diesen Ansatz zwangsläufig aus. 17

18 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER sche und metabolische Funktionseinheiten zurückzuführen und damit unabhängig sind. Durch dieses Verständnis trägt das Fähigkeitskonzept in der Trainings- und Bewegungslehre dazu bei, klare Strategien und sinnvolle Trainingsentscheidungen zum Erreichen sportlicher Erfolge zu finden, da es die Kausalität von Bedingungen und Zustandekommen sportlicher Leistungen eindeutig zu beschreiben vermag. Der dimensionsanalytische Ansatz Die Dimensionsanalyse ist ein methodisch-gedanklicher Ansatz zur Aufdeckung und Abgrenzung von einzelnen Fähigkeiten. Der Dimensionsbegriff ersetzt den Fähigkeitsbegriff. Unter Dimension versteht man allgemein die Ausdehnung eines geographischen Körpers. In die Sportwissenschaft ist der Begriff aus der Psychologie gekommen (BÖS/MECHLING 1983). Auf das Fähigkeitskonzept übertragen läßt sich mit diesem Ansatz die Strukturierung der Leistungsvoraussetzungen in unabhängige und hierarchisch angeordnete Faktoren vornehmen. Es lassen sich zwei verschiedene Vorgangsweisen unterscheiden. In der Faktorenanalyse hat die Dimensionsanalyse ihren historischen Ursprung. Dieser liegt ein statistisches Verfahren zugrunde, welches aus einer Vielzahl von Testitems aus verschiedenen sportmotorischen Tests voneinander unabhängige Faktoren extrahiert und diese zu Fähigkeiten erklärt (BÖS/MECHLING 1983). Dieser Vorgangsweise fehlt jedoch eine vorausgehende theoretische Begründung für die Aufdeckung von Fähigkeiten. In der Dimensionsanalyse der Konditionskomponenten der Freiburger Schule geht eine theoriegeleitete Analyse der Aufdeckung von Fähigkeiten oder Dimensionen voraus. Sie versucht alle morphologisch-physiologischen Anpassungsformen herauszufiltern, die in einem Verhaltensbereich das Entwicklungsniveau der einzelnen Fähigkeiten bestimmen und die voneinander unabhängig sind (BÜHRLE 1991, 34). 5 Die aus der Theorie abgeleiteten Hypothesen werden erst im zweiten Schritt einer empirischen Überprüfung durch regressionsanalytische Modelle unterzogen. 5 Während zur Beschreibung der basalen Ausdauerfähigkeiten die Begriffe physiologisch und metabolisch Verwendung finden, eignet sich zur Beschreibung der Kraftfähigkeiten besser das Begriffspaar morphologisch und physiologisch. 18

19 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER Dieser Strukturierungsansatz unterliegt drei methodischen Prinzipien (SCHICK 1953): a) Minimumprinzip: Die sportmotorische Leistung soll durch möglichst wenige Dimensionen erfaßt werden. b) Elementarprinzip: Die Dimensionen sollen eine möglichst einfache Struktur aufweisen. c) Unabhängigkeitsprinzip: Die Dimensionen sollen voneinander unabhängig sein. Die Forderung nach Unabhängigkeit wurde bereits für das Fähigkeitskonzept formuliert. Das Minimums- und Elementarprinzip hilft, die Strukturierung übersichtlich zu gestalten. BÜHRLE (1991) stellt drei Anwendungsbereiche der Dimensionsanalyse heraus: 1. Die Abgrenzung und Definition der einzelnen Basalfähigkeiten. 2. Die Entwicklung von Diagnoseverfahren zur Abschätzung des Ausprägungsgrades der einzelnen Basalfähigkeiten. 3. Die Entwicklung von Trainingsmethoden, die eine gezielte und effektive Ausbildung der Fähigkeiten möglich macht. Dieser hierarchische Ansatz ist bewußt sportartunspezifisch angelegt. Fähigkeiten sind generalisierbar und daher haben die drei Schritte sportartübergreifende Gültigkeit. Die Leistungsrelevanz einzelner Fähigkeiten ist jedoch sportartabhängig. Der Dreiteilung ist daher als vierter Punkt die Erstellung eines Anforderungsprofils hinzuzufügen, um entscheiden zu können, auf welche der Fähigkeiten sich die Bemühungen um Leistungsverbesserung richten müssen. Die Erstellung eines Anforderungsprofils für die Sportart Mountainbike war Aufgabe des dieser Arbeit zugrundeliegenden Forschungsprojektes. Voraussetzung hierfür ist die Kenntnis der einzelnen Basalfähigkeiten und die Existenz von spezifischen Diagnoseverfahren. Diese beiden Punkte sind daher Gegenstand des erkenntnistheoretischen Teils der vorliegenden Arbeit. Die Entwicklung von Diagnoseverfahren und Trainingsmethoden, die sich einzelnen Basalfähigkeiten zuordnen lassen, ist problematisch. Die meisten sportmotorischen Tests erfassen Bewegungsleistungen, die häufig auf verschiedene Fähigkeitsausprägungen und Einflüsse zurückzuführen sind. Die Meßergebnisse sind multivariat determiniert (BÜHRLE 1990). Eine Trennung der leistungsbestimmenden Faktoren ist 19

20 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER daher nicht möglich Stärken und Schwächen eines Athleten bleiben verdeckt. Um von einem Testergebnis auf eine Fähigkeitsausprägung zu schließen, müssen sich die Meßwerte ausschließlich und inhaltlich plausibel einzelnen morphologischphysiologischen Anpassungsformen zuordnen lassen. Es stellt sich hierbei die Frage, inwieweit es überhaupt Bewegungsaufgaben gibt, die dieser Forderung gerecht werden, da die meisten sportmotorischen Bewegungsformen komplex determiniert sind neben verschiedenen konditionellen Fähigkeiten sind vor allem koordinative Einflüsse leistungsbestimmend. Besonders letztere machen eine eindeutige Zuordnung von Testleistung zu konditionellen Anpassungen schwierig. Fähigkeiten [entwickeln] sich durch und in der Tätigkeit (auch als Anwendung von Fertigkeit) (BÖS/MECHLING 1983, 73). Das Zitat verdeutlicht, daß Fertigkeiten oder auch nur Tätigkeiten gewissermaßen als Voraussetzung für die Realisierung von Fähigkeiten gelten. Fähigkeiten haben als Konstrukt auch außerhalb von Fertigkeiten Bestand. Sportliche Erfolge oder Leistungen beruhen in den meisten Fällen auf der Realisierung von Fähigkeiten innerhalb von Fertigkeiten. Hierin liegt ein Dilemma. Es stellt sich die Frage, in welchem Ausmaß in komplexen Bewegungsaufgaben das Fähigkeitsniveau eingebracht werden kann, das in eindimensional angelegten Tests abgeschätzt wird. Kann ein Radsprinter seine in der Beinpresse erfaßte maximale Beinstreckkraft auf dem Rad realisieren? Sind Athleten mit einer hohen Sauerstoffaufnahme gute Zeitfahrer? Sportartrelevante Tests müssen sportartspezifische Bewegungsformen beinhalten. 6 Dann wird eine motorische oder eine Bewegungsleistung abgeschätzt. Wenn die Tests Fähigkeitsausprägungen sichtbar machen sollen, müssen die Bewegungsaufgaben möglichst einfach sein. Es stellt sich die generelle Frage nach der Realisierbarkeit von Fähigkeiten innerhalb von spezifischen Bewegungsleistungen. Die Problematik ist nicht mit der Frage nach der Bedeutung von Fähigkeiten als Voraussetzungen von Bewegungsleistungen zu verwechseln. Diese stellt sich mit dem oben skizzierten Verständnis von Fähigkeiten grundsätzlich nicht. Es handelt sich hierbei um ein Dilemma der sportartspezifischen Diagnostik und nicht des dimensionsanalytischen Ansatzes, denn der geht zwangsläufig von einer sportart-unspezifischen, differentiellen Diagnostik aus. 6 Unter sportartrelevant werden hier Bewegungsformen verstanden, die in ihrer dynamischen und kinetischen Struktur eine große Nähe zur Wettkampfbewegung haben und in ihrer energetischen Form die Wettkampfbelastung wiedergeben. 20

21 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER Die Überlegungen führen zu einem älteren Strukturierungsansatz sportmotorischer Fähigkeiten, der bereits in Fußnote 4 erwähnt ist. Der phänomenologischbeschreibende Strukturierungsansatz umfaßt Versuche, motorische Fähigkeiten anhand von Bewegungsklassen oder Sportarten einzuteilen. Die Anforderungen oder Erscheinungsformen einer Sportart legen bei diesem ganzheitlichen Ansatz die Fähigkeiten fest. So unterscheidet LETZELTER (1978, 121) zum Beispiel in Sprintkraft, Sprungkraft, Wurfkraft u.s.w.. Diese Einteilung suggeriert, daß sich die innerhalb eines Wurfes realisierende Kraft in ihren Adaptationsformen von der innerhalb eines Sprunges realisierenden Kraft unterscheidet. Dies würde voraussetzen, daß für verschiedene Sportarten oder Bewegungsformen unterschiedliche Formen von Anpassungserscheinungen existieren, die auch unterschiedlich zu trainieren seien. Diese Betrachtungsweise hat einen unbestreitbaren Vorteil für den Praktiker, da sie ihm eine auf subjektiven Beobachtungen und Erfahrungen beruhende Zugangsweise zum Fähigkeitskonzept ermöglicht. Aber auch Veröffentlichungen mit wissenschaftlichem Anspruch weisen immer wieder die Tendenz auf, das Fähigkeitskonzept an die Sportart anzupassen - zu assimilieren - und sei es auch nur durch einen unspezifischen Sprachgebrauch. Die Vorteile einer differentiellen Diagnostik und einer gezielten und effektiven Ausbildung von Fähigkeiten gehen dabei allerdings verloren Die konditionelle Grundeigenschaft Kraft Der Begriff Kraft findet im Sprachgebrauch vielfach Verwendung. In der Trainingsund Bewegungslehre hat Kraft als physikalische Größe und als konditionelle Grundeigenschaft Bedeutung. Kraft als physikalische Größe kann die Ausprägung der Erscheinungsformen der Grundeigenschaft Kraft über Meßwerte wiedergeben. Für die hierarchische Strukturierung der Kraftfähigkeiten hat die Freiburger Schule (SCHMIDTBLEICHER 1980; BÜHRLE/SCHMIDTBLEICHER 1981; SCHMIDTBLEICHER 1984; BÜHRLE 1985) einen wesentlichen Beitrag geleistet. Der Ansatz ist in verschiedenen Arbeiten innerhalb der Arbeitsgruppe aufgegriffen und ergänzt worden (GOLLHOFER 1987; MÜLLER 1987; KIBELE 1995; NEUBERT 1999; WANG 1999). Diese Arbeiten legen den dimensionsanalytischen Strukturierungsansatz sowohl der Kraft- als auch der Ausdauerfähigkeiten zum Teil sehr ausführlich dar. An dieser Stelle wird daher auf eine Vorstellung des gesamten Konzeptes zugunsten der für diese Arbeit wesentlichen Teile verzichtet. Die Darstellung des Kraftbegriffs geschieht hier vor allem in den Bereichen, die an der Schnittstelle zu den 21

22 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER Ausdauerfähigkeiten liegen - dies betrifft in erster Linie den morphologischen Aspekt. Des weiteren liefert die Beschreibung des Zusammenhangs von dynamischem und statischem Kraftverhalten Erkenntnisse für die Analyse der Erscheinungsformen von Kraft im Radsport Die Basisfähigkeit Maximalkraft Kraft als Fähigkeit ist ein Konstrukt. Sie realisiert sich innerhalb von Bewegungsleistungen mit verschiedenen Kontraktionsformen. Es sind konzentrische, isometrische und exzentrische Kontraktionen zu unterscheiden. Bei den meisten Körperbewegungen liegen die verschiedenen Kontraktionsformen sogar kombiniert vor. Darüber hinaus läßt sich innerhalb der Bewegungsleistungen noch die Höhe und die zeitliche Dauer des Krafteinsatzes unterscheiden. Es ist verständlich, daß die von außen betrachtet unterschiedlichen Realisierungsformen von Kraft entsprechend angepaßte Begriffe hervorgebracht haben. Diese sind dem bereits oben erwähnten phänomenologisch-beschreibenden Strukturierungsansatz zuzuordnen. Der Ansatz unterscheidet auf der obersten Ebene drei verschiedene Erscheinungsformen der Kraft die Maximalkraft, die Schnellkraft und die Kraftausdauer (LETZELTER 1978). Diese werden nebeneinander und damit unabhängig voneinander angeordnet. Eine Grundannahme ist dabei, daß sich dynamisches von statischem Kraftverhalten unterscheidet. Wenn dies zuträfe, dürften die für die Realisierungsform von Maximalkraft, Schnellkraft und Kraftausdauer stehenden Kennwerte statistisch nicht korrelieren. Auch müßten die Fähigkeiten mit spezifischen Trainingsmethoden unabhängig voneinander zu entwickeln sein. Die Freiburger Arbeitsgruppe hat jedoch nachgewiesen, daß Maximalkraft, Schnellkraft und Kraftausdauer nicht unabhängig voneinander sind, sondern daß die Maximalkraft sowohl eine Basisfähigkeit der Schnellkraft als auch der Kraftausdauer ist (BÜHRLE/SCHMIDTBLEICHER 1981; BÜHRLE 1985 und 1989). Sie ist eine wesentliche Größe für Kraftleistungen. Damit bekommen auch die ihr zugeordneten Adaptationen eine besondere Bedeutung. Die Kraftfähigkeiten und die ihnen zugeordneten physiologisch-morphologischen Bedingungen sind in diesem Modell hierarchisch angeordnet. 22

23 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER Physiologisch-morphologische Bedingungen der Maximalkraft Für die Ausprägung der Maximalkraft sind verschiedene physiologischmorphologische Bedingungen verantwortlich. Diese sind auf einer Ebene angeordnet und damit voneinander unabhängig. Es handelt sich um die Muskelmasse, die Muskelqualität und die Aktivierungsfähigkeit (BÜHRLE 1989). Auf die Muskelfaserstruktur, die der Muskelqualität zugeordnet ist, wird hier nur kurz eingegangen, da diese Thema eines gesonderten Kapitels ist. Muskelmasse Die Muskelmasse stellt den quantitativen Aspekt der Maximalkraftdimensionen dar. Es ist darunter der physiologische Querschnitt des Muskels zu verstehen. Er wird im Gegensatz zum anatomischen Querschnitt quer zur Faserrichtung gemessen. Der anatomische Querschnitt liegt quer zur Zugrichtung, die vom Ansatz Richtung Ursprung verläuft. Bei gefiederten Muskeln zum Beispiel unterscheiden sich der anatomische und der physiologische Querschnitt. Der Muskelquerschnitt ist mit der Computer-Tomographie meßbar und in seinem Zusammenhang zur Maximalkraft belegt (BÜHRLE 1986; BENEKE 1990). Da diese Technik aufwendig und kostenintensiv ist, ist ihr Einsatz in der Sportwissenschaft begrenzt. Sie wurde aus diesem Grund auch nicht im empirischen Teil der Arbeit angewendet. Der Zusammenhang von Muskelmasse und Maximalkraft liegt in der Ultrastruktur des kontraktilen Apparates begründet. Die Verkürzungsbewegung findet auf der Ebene der Aktin- und Myosinelemente im Querbrückenzyklus statt. Die in Serie gleichzeitig geschlossenen Querbrücken bestimmen die Kraft eines Muskels. Deren maximal mögliche Anzahl ist einerseits mit dem Muskelquerschnitt festgelegt. 7 Darüber hinaus bestimmt die Dichte der in Myofilamenten angeordneten Aktin- und Myosinelemente innerhalb eines Muskels die Anzahl der nebeneinander angeordneten Querbrücken. Dies führt zu einer weiteren Dimension der Maximalkraft der Muskelqualität. Muskelqualität Die Filamentdichte ist einer von zwei Aspekten der Muskelqualität (PENMAN 1970; LARSSON/TESCH 1986; BÜHRLE 1989). Die von LARSSON/TESCH festgestellte abnormal 7 Wie viele der vorhandenen Querbrücken tatsächlich gleichzeitig geschlossen werden können, hängt von der Aktivierungsfähigkeit ab, die im Folgende besprochen wird. 23

24 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER high muscle fibre density fand sich allerdings nur bei zwei Probanden mit über 14 Jahren Body-Building-Erfahrung. Da sich das Merkmal der Filamentdichte kaum mit adäquaten Trainingsmethoden ansteuern läßt, hat es neben den beiden anderen Dimensionen der Maximalkraft eine untergeordnete Bedeutung. Die Muskelfaserstruktur ist ein weiterer Aspekt der Muskelqualität. Sie ist keine Dimension der Maximalkraft, sondern der schnellen Kontraktionsfähigkeit, die der Maximalkraft nebengeordnet ist und als Basisfähigkeit der Schnellkraft gilt (BÜHRLE 1993). Auf die Muskelfaserstruktur wird näher im Kapitel eingegangen. Neuronale Aktivierung Unter optimaler neuronaler Aktivierung wird das Vermögen verstanden, das in der Muskelmasse angelegte Kraftpotential möglichst vollständig aktivieren zu können. Die Voraussetzungen hierzu befinden sich nicht mehr allein auf der Ebene des kontraktilen Apparates, sondern innerhalb der gesamten motorischen Einheit. Eine motorische Einheit umfaßt eine Nervenzelle (das Motoneuron), die über das Axon mit einer unterschiedlichen Anzahl an Muskelfasern verbunden ist (KOMI 1989). Ein Muskel setzt sich aus mehreren hundert motorischen Einheiten zusammen. Im Falle einer Innervation sind immer alle Fasern einer motorischen Einheit aktiviert. Je nach Anzahl der Fasern und damit der Größe der Einheit ist die durch eine motorische Einheit erzeugte Kontraktionskraft unterschiedlich. Über Anzahl und Art der rekrutierten Einheiten läßt sich die Muskelkraft regulieren. Je nach Faserart führt eine unterschiedliche Entladungsfrequenz der motorischen Einheit zu einer Verschmelzung der Einzelzuckungen der Faser und damit zu einem vollständigen Tetanus (KOMI 1989). Die im Tetanus erzeugte Kraft ist die maximale Kraft, die eine Muskelfaser erzeugen kann sie ist zwei bis fünfmal so groß wie die in der einzelnen Zuckung erreichte Kraft (DUDEL 1979). SALE (1994) gibt sogar den Faktor 10 an. Über die Entladungsfrequenz läßt sich somit die Kraft der motorischen Einheit regulieren. Diese Regulationsmechanismen wurden im Dimensionsschemata der Kraftfähigkeiten als neuronale Einflußgrößen der Maximalkraft aufgegriffen und in Frequenzierung, Rekrutierung und Synchronisierung unterschieden (BÜHRLE/SCHMIDTBLEICHER 1981; BÜHRLE 1985, 1989). Die Frequenzierung ist allein der Maximalkraft untergeordnet. Die Rekrutierung ordnet sich sowohl der Maximalkraft, als auch der schnellen Kontraktionsfähigkeit unter - die Synchronisierung nur der schnellen Kontraktionsfähigkeit. 24

25 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER Frequenzierung bezeichnet das Vermögen, den gesamten Muskel hochfrequent innervieren zu können. Dabei kommt es zu einer Kraftwerterhöhung durch tetanische Summierung vor allem bei den schnellen Muskelfasern (MORITANI 1994; SALE 1994). Innerhalb der normalen Arbeitsfrequenz der motorischen Einheiten von Hz steht dem Muskel eine große Variationsbreite der Kraftregulation zur Verfügung. Frequenzen darüber hinaus tragen nur unwesentlich zu einer Kraftwerterhöhung des Gesamtmuskels bei (SALE 1994), haben jedoch eine Bedeutung für die Kraftanstiegsgeschwindigkeit. Unter Rekrutierung wird die fortwährende Aktivierung von bisher inaktiven motorischen Einheiten während des Kontraktionsvorganges verstanden (MÜLLER 1987). Sie folgt dem Hennemann schen Prinzip, nach dem die Einheiten bei ansteigender Muskelkraft immer in der gleichen Reihenfolge aktiviert werden (HENNEMAN et al. 1965) zunächst die kleinen und langsamen Einheiten mit niedriger Reizschwelle, dann immer größere und schnellere Einheiten (SALE 1994). Über die Anzahl der rekrutierten Einheiten kann somit die Muskelkraft reguliert werden. Andererseits bestimmt die in einer Bewegungsleistung notwendige Muskelkraft die Art und Anzahl der aktiven motorischen Einheiten ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Analyse von Belastung und Beanspruchung. Die Rekrutierung erfolgt nur bis zu einer Kontraktionskraft, die 80% bis 90% der isometrischen Maximalkraft entspricht (DELUCA et al. 1982). Ab diesem Wert sind alle motorischen Einheiten rekrutiert, eine weitere Erhöhung der Kraft kann lediglich über den Frequenzierungsmechanismus oder über eine Synchronisierung der Innervationsreihenfolge erfolgen. Die Synchronisierung erklärt, warum es trotz gleicher isometrischer Maximalkraft zu unterschiedlichen Kraftanstiegskurven kommt. Die Rekrutierungsabfolge von kleinen zu großen Einheiten bleibt zwar bestehen, aber insgesamt verkürzt sich der Abstand zwischen der Rekrutierung der einzelnen Einheiten. So wird die durch Rekrutierung und Frequenzierung zu realisierende maximale Kontraktionskraft früher erreicht (MÜLLER 1987; BÜHRLE 1989). Dies erklärt auch, warum die Synchronisation keine Dimension der Maximalkraft, sondern der schnellen Kontraktionsfähigkeit ist. Die Maximalkraft ist unabhängig von der Synchronisation. 25

26 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER Insgesamt ergibt sich das in Abbildung 2-1 dargestellte hierarchische Strukturmodell der Maximal- und Schnellkraft. Die Schnellkraftfähigkeit und die Fähigkeit der schnellen Kraftentwicklung sind zum Verständnis des Gesamtansatzes der Kraftfähigkeiten in das Schaubild aufgenommen worden, auch wenn sich deren Beschreibung im Text nicht findet. Schnellkraftfähigkeit Maximalkraftfähigkeit Fähigkeit der schnellen Kraftentwicklung Muskelmasse (Querschnitt) Filamentdichtstruktur Faser- Muskelqualität Frequenzierunnisierung Synchro- Aktivierung Abbildung 2-1: Dimensionsanalytisches Strukturmodell der Maximal- und Schnellkraft (nach BÜHRLE 1989 und 1992) Definition der Maximalkraft Aus den dargestellten Inhalten ergeben sich folgende Begriffsdefinitionen. Maximalkraft als Fähigkeit (maximale Kontraktionskraft) Da sich willentlich nur einen Teil der dem Menschen insgesamt zur Verfügung stehenden Kraft realisieren lässt definiert man die Absolutkraft. Sie umfasst das gesamte Kraftpotential, das im Muskel oder in einer Synergistengruppe angelegt und über die physiologische Muskelquerschnittsfläche abschätzbar ist. Die Maximalkraft ist der willkürlich aktivierbare Anteil der Absolutkraft. Gemeint ist damit immer die maximale Kontraktionskraft eines Muskels oder einer synergetisch wirkenden Muskelgruppe. In dieser Definition ist die Maximalkraft ein Konstrukt. Auf sie läßt sich nur über ihre Realisierungsform innerhalb einer Bewegungsleistung schließen. Hierbei handelt es sich dann um Maximalkraft als Meßwert. 26

27 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER Maximalkraft als Meßwert (Kraftmaximum) Wenn man zuverlässig davon ausgehen kann, daß das in einem Test abgeschätzte Kriterium der Maximalkraft entspricht, läßt sich vom Testergebnis auf die Ausprägung der Maximalkraft schließen. Der Testwert - das Kraftmaximum - ist dann mit dem Maximalkraftwert gleichzusetzen. Er wird für ein- oder zweigelenkige Muskelketten mit isometrischen Meßbedingungen ermittelt (BÜHRLE 1990). 8 Auf die Meßverfahren und die einzelnen Parameter zur Erfassung der Maximalkraft wird soweit notwendig weiter unten eingegangen Statisches und dynamisches Kraftverhalten Statische und dynamische Kraftleistungen haben trotz unterschiedlicher äußerer Erscheinungsform die gleichen morphologisch-physiologischen Voraussetzungen. Die den Messwert determinierende Einflussgröße ist die Maximalkraft. Insofern ist eine Unterscheidung zwischen isometrischer und dynamisch-konzentrischer Maximalkraft nicht sinnvoll (BÜHRLE 1985). Es besteht ein hoher Zusammenhang zwischen isometrisch erfaßter Maximalkraft und dynamisch gemessenem Kraftmaximum, wenngleich die dynamisch ermittelten Werte unter den isometrisch ermittelten Werten liegen (MÜLLER 1987). Da die Kurbelbewegung im Radsport dynamisch ist, wird im folgenden auf einige Aspekte eingegangen, die neben der isometrischen Maximalkraft das dynamische Kraftmaximum beeinflussen. Dies hat vor allem für die Diagnostik und die Trainingsmethodik im Radsport eine Bedeutung. Dort wird häufig auf isokinetische Bewegungsformen mit hoher Last zurückgegriffen und von dort auf die Maximalkraft geschlossen. 8 Es zeigt sich jedoch, das der Kraftwert von weiteren Versuchsbedingungen, wie den Gelenkwinkeln abhängig ist (BÜHRLE 1990). Dies stellt Zulässigkeit des Schlusses vom Meßwert auf die Fähigkeitsausprägung zunächst in Frage. Zumindest gelten Aussagen über die Maximalkraftfähigkeit dann nur für eine bestimmte Meßanordnung und für die gesamte Muskelkette, die in dieser Anordnung zum Einsatz kommt. Behält man diese Meßanordnung bei intra- und interindividuellen Vergleichen bei, so wird diese Variationsquelle jedoch ausgeschlossen. 27

28 2. DIE MOTORISCHEN GRUNDEIGENSCHAFTEN KRAFT UND AUSDAUER Verkürzungsgeschwindigkeit [cm/s] Muskelleistung Last [g] Abbildung 2-2: Hill sche Kurve (nach HILL 1938; MÜLLER 1987; DEMAREES 1992) Dynamischem Kraftverhalten liegen konzentrische oder exzentrische Kontraktionsformen zugrunde. Hierbei findet eine Längenänderung der beteiligten Muskulatur statt. Voraussetzung für die Längenänderung ist, daß die für die Kraftentfaltung auf der Makroebene zuständigen Querbrücken sich immer wieder neu bilden (NOTH 1994). Bei isometrischen Kontraktionsformen bleibt hingegen ein Großteil der Querbrücken geschlossen. Je schneller der Muskel sich verkürzt, desto weniger Querbrücken sind gleichzeitig geschlossen, da ein Teil der Myosinköpfe sich vom Aktin lösen muß, um einen neuen Greifvorgang einzuleiten. Da nur geschlossene Querbrücken Kraft übertragen, ist die während einer konzentrischen Kontraktion zu realisierende Kraft geringer, als die isometrische Maximalkraft. Diese Zusammenhänge haben bereits 1938 zu der von HILL (1938) aufgestellten Gleichung geführt, nach der Kontraktionskraft und Verkürzungsgeschwindigkeit in einem reziproken Verhältnis zueinander stehen (Vgl. Abbildung 2-2). Physikalisch ist das Produkt aus Kraft und Geschwindigkeit die Leistung. Diese ist die entscheidende Größe im Radsport. Das Produkt aus Last und zugehöriger Verkürzungsgeschwindigkeit, in der Abbildung 2-2 als Rechteck dargestellt, entspricht der maximalen Leistung eines Muskels. Es ist einschränkend zu erwähnen, daß die Hill schen Erkenntnisse auf physiologischen Untersuchungen an isolierten Tiermuskeln beruhen. Das Grundprinzip, daß Kontraktionskraft und Verkürzungsgeschwindigkeit in einem reziproken Verhältnis zueinander stehen, gilt jedoch auch für den Menschen und darüber hinaus auch in komplexeren Bewegungen als einer isolierten Kontraktion eines Muskels (MÜLLER 1987). Die Muskelleistung ist demnach als das Produkt aus Muskelkraft und Verkürzungsgeschwindigkeit und läßt sich so auch berechnen (SCHMIDT/THEWS 1990, 81). Die im Radsport meßbare physikalische Leistung setzt sich aus Trittfrequenz und Drehmoment bzw. Pedalkraft zusammen. Der erläuterte Zusammenhang von Kontraktionskraft und Verkürzungsgeschwindigkeit basiert auf einer molekulare Beziehung. Auf der Ebene von Bewegungsleistungen bestimmt noch eine weitere Einflußgröße das Verhältnis von Kraft und Ge- 28