1. 1. Definitionen. Sportwissenschaftliche Methoden im Bereich Sportphysiologie/Sportmedizin. Sportwissenschaft international:

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1 Sportwissenschaftliche Methoden im Bereich Sportphysiologie/Sportmedizin Sportphysiologie: Sportmedizin: Definitionen Exercise Physiology ist the study of how our bodies structures and functions are altered when we are exposed to acute and chronic bouts of exercise The sport physiology further applies the concepts of exercise physiology to training the athlete and enhancing the athlete s sport performance. Thus sport physiology is derived from exercise physiology. (Wilmore & Costill, 2004 in Physiology of Sport and Exercise) Sportmedizin stellt das Bemühen der theoretischen und praktischen Medizin dar, den Einfluss von Bewegung, Training und Sport sowie den von Bewegungsmangel auf den gesunden und kranken Menschen jeder Altersstufe zu analysieren, um die Befunde der Prävention, Therapie und Rehabilitation sowie dem Sporttreibenden dienlich zu machen. (Definition von 1958 (DSHS-Köln), 1977 vom Weltverband für Sportmedizin übernommen) Sportmedizin (heute): Biomechanik: Sportmedizin ist interdisziplinärer Natur. Sportmedizin als diejenige Medizin, die den körperlich aktiven Menschen umfaßt, ist im weitesten Sinne sozio - psycho neuro immunologisch tätig, den ganzen Menschen als die netzartige Einheit von Körper und Geist betrachtend. (Hollmann, 2000 in << Sportmedizin >>) Biomechanics is the study of the mechanics of biological systems. The study areas of biomechanics include motor control, cardiovascular and respiratory biomechanics, rehabilitation biomechanics, sport biomechanics, bone and hard tissue biomechanics, connective tissue biomechanics, orthopaedic biomechanics, and cellular and molecular biomechanics. (Australian and New Zealand Society of Biomechanics) Motor Control: Kinesiology: Motor control is the study of voluntary control of human limbs. The aim is to partition and characterize the three major determinants of movement: higher motor centers, reflex mechanism, and muscle properties. (NMRC at Boston University) Kinesiology is defined as the study of movement (Roger Enoka, 1994) Sportwissenschaft: Die Deutsche Vereinigung für Sportwissenschaft (dvs) ist ein Zusammenschluß der an sportwissenschaftlichen Einrichtungen in der Bundesrepublik Deutschland in Lehre und Forschung tätigen Wissenschaftler/innen. Sportwissenschaft international: Repräsentiert z.b. durch das European College of Sport Science Purpose of the College is the promotion of Sport Science at the European level. For that it is dedicated to the generation and dissemination of scientific knowledge concerning the motivation, attitudes, values, responses, adaption, performance and health aspects of persons engaged in sport. Sport means all forms of human movement which aims at expressing or improving physical fitness or mental well-being, forming or ameliorating social relationships or obtaining results in competition at all levels. 1. 1

2 Welcome to SALZBURG to the 8 th Annual Congress of the European College of Sport Science 9-12 July 2003 Topics Free Thematic Sessions Biochemistry Biomechanics Communication Economics Health and Fitness History Molecular Biology Motor Learning Nutrition Philosophy Physiology Physical Education and Pedagogics Physiotherapy Psychology Rehabilitation Sociology Sports Medicine Traumatology Gibt es überhaupt Sportwissenschaftliche Methoden, verstanden im Sinne von Methoden die aus der Sportwissenschaft heraus entstanden sind? Müßte man nicht eher umformulieren in : Methoden, die im Bereich der Sportwissenschaft Anwendung finden. Dabei kann man grob in Methoden differenzieren, die in den Sozial- und Geisteswissenschaften Anwendung finden und denen, die in den Naturwissenschaften gebräuchlich sind. Innerhalb der naturwissenschaftlich orientierten Disziplinen der Sportwissenschaften wie z.b. Sportphysiologie, Sportmedizin, Biomechanik, Biochemie, Trainingslehre, Motorikforschung usw. sind die Methoden vielfältig und im Bezug auf eine Problemstellung oft interdisziplinär. Weil das Phänomen << Sport >> im weitesten Sinne aber immer mit lebenden Dingen bzw. der Interaktion zwischen Sportgerät und Mensch zu tun hat, könnten man die zur Anwendung kommenden naturwissenschaftlichen Methoden auch als physikalisch biologische Methoden bezeichnen. Im Bereich Sportphysiology/Sportmedizin ist die Anwendung sowohl biologischer als auch physikalischer Meßmethoden sinnvoll. Darüber hinaus sind ebenfalls Methoden, die eher in den Sozialwissenschaften beheimatet sind (z.b. Interviews, Fragebogenerhebungen und Auswertungen von Datenbanken) gebräuchlich. Dabei richtet sich die Auswahl der Methoden immer nach der Fragestellung des Forschungsprojektes. Im günstigsten Falle sollten die Methoden gewählt werden, die eine Fragestellung am besten beantworten können. Häufig stehen jedoch keine geeigneten bzw. zu ungenaue Methoden zu Verfügung. Dann müssen neue Methoden entwickelt, bzw. alte Methoden verfeinert werden. Die Weiterentwicklung von Methoden stehen in engem Zusammenhang zum Erkenntnisgewinn. Alle Untersuchungsergebnisse und damit auch ihre Interpretation hängen direkt von der Methode ab. Falsche Methode Falsche Daten Falsche Interpretation Grundsätzliche Untersuchungsdesigns Längsschnittstudien Epidemiologische Studien Treatment Studien (Trainingsstudien) Querschnittstudien (Mittelwertstudien) Biologische, physikalische und virtuelle Modelle 1. 2

3 Gütekriterien, die an alle Untersuchungsmethoden gestellt werden: 1. Reliabilität bzw. Reproduzierbarkeit 2. Objektivität 3. Validität Zwei eigene Untersuchungsprojekte als Beispiel Relationship between sprint time and quadriceps muscle characteristics from four subject groups, differing in neuromuscular performance demands There is a significant negative correlation between the percentage of fast twitch (FT) muscle fibers in the M. quadriceps femoris and the sprint time r = -.69 ** G.O. Hering / E.M. Hennig * / H.J. Riehle University of Konstanz / *Universitity* of Essen - Germany Mero A., Luhtanen P., Viitasalo J.T. (1981) Cheetah: : 83% FT-fibers (Williams et al. 1997) Muscle fiber type distribution (% FT-fibers fibers) of the M. quadriceps femoris Sprinters: 69% (mean of 7 studies) N = 48 Experimental Protocol Marathon runners Marathon time: Mean = 2:43 h Sport students Sprinters not specifically 100m-time: trained Mean=10.8 s Volleyballers First national league Volleyballers and Jumpers: 51% (mean Untrained persons: 53% (mean of 33 studies) mean of 4 studies) Long distance runners: : 28% (mean of 5 studies) 1. 3

4 [ % Torque max ] [ ms ] Experimental Procedures Experimental Procedures ET2 Signal Patellar tendon Reflex Test (PTRT) Isometric explosive Test I (ET1) Isometric explosive with maximum force (at least 85% MVC) EMG Force normal bipolar electrodes + Time Special arrangement to measure the propagation velocity of the EMG-signal (MFCV) Isometric explosive Test II (ET2) Fatigue Test (FT) Isometric explosive without any force demand 10 trials at each force level from 10 90% MVC until exhaustion Force measurements with a Kistler trancducer EMG vastus lateralis, vastus medialis rectus femoris Force and EMG-Data were normalized EMG and torque signals were normalized (MVC) to allow interindividual comparisons 1. Neither thigh girth nor any of the evaluated absolute and normalized positive force parameters in the different tests showed significant correlations to the 100m sprint time. This was the case for all groups and across all subjects. Only the rate of force decline during relaxation in ET1, ET2 and RT showed for some parameters significant relationships. Torque normalized Torque rate normalized EMG of the three heads normalized 1. Neither thigh girth nor any of the evaluated absolute and normalized positive force parameters in the different tests showed significant correlations to the 100m sprint time. This was the case for all groups and across all subjects. Only the rate of force decline during relaxation in ET1, ET2 and RT showed for some parameters significant relationships. Torque normalized Torque rate normalized EMG of the three heads normalized Rate of force decline Rate of force decline Trmaxrn Trmaxrn 2. For the sprinters and across all subjects a lower amplitude of the EMG correlated with a better sprint time. The EMG reflex amplitudes of the sprinters were significantly reduced as compared to the sport students r 100m-time / EMGmaxPTRT Marathon untrained CG Sprintgroup =.69* all subjekts =.48** SG CG SG* Sprinter EMGmaxPTRT 7. Surprisingly, there was a significant correlation between the sprint time and the tibia length, normalized to the subjects body height (TL/BH). This relationship was present within the sprint group and across all subjects. The shorter the relative tibia length, the better the sprint performance. r 100m-time / Tibia length : Body height group =.61* subjects =.35* Sprint group all subjects Tibia length / Body height [%] 1. 4

5 Discussion The relationships of Reflex-EMG, MPF and relaxation parameters with the 100m sprint time suggest a dominant role of neural recruitment and innervation strategies for the sprint technique. The reduction of reflex activity in the sprinters can be interpreted as an index for a better intra-muscular coordination in the sense of a presynaptic inhibition of the slower motor units. This is a presumed prerequisite of a selective recruitment of FT-fibers (Nardone et al., 1989). This could be of benefit for the very short contact phase which only lasts about 20% of the whole sprint cycle. Discussion Because of energy costs and the important role of the mass inertia during the swing phase, the distal extremities of fast running and jumping animals are all slender and can be fold up when the leg oscillates forward. A smaller relative tibia length for sprinters would reduce mass inertia in the swing phase and could explain the relationship to a better sprint time. Human Cheetah Horse Ostrich Conclusion For sprinters, muscle fiber composition, neuromuscular as well as anthropometric quantities seem to be much more important then muscle mass by itself. Zweites Beispiel Projekt Ausdauerleistungsdiagnostik Entwicklung von Methoden Erstes Laufband der Welt, entwickelt für Pferde von Zuntz und Lehmann 1989 << nach Hollmann und Prinz 1994 >> Erstes Fahrradergometer der Welt, entwickelt von Bouny 1986 << nach Hollmann und Prinz 1994 >> 1. 5

6 Ein einzeitiger Test zur Bestimmung des maximalen Laktat- Steady-States States (MAXLASS) während w Laufband- und Fahrradergometer- belastung Hering G, Schmidt V, Bohlken K, Egner S, Honold F, Banzhaf S, Riehle H Universität Konstanz - Sportwissenschaft Experimenteller Aufbau Lamellenlaufband der Firma Woodway Laufbandsteuerung und Datenaufnahme automatisch über PC Blutabnahme am hyperämisierten Ohrläppchen mit einer 20µl Eppendorfpipette Laktatbestimmung mit Accusport (Boehringer Mannheim) Laufbandneigungswinkel = 0 Grad Projekt Wettkampfprognose 47 Versuchspersonen - 2 Labortests auf dem Laufband Fragestellungen: Ist die Ergometervoraussage genauer als das eigene Leistungsempfinden? Versuchsablauf 5 Minuten Einlaufen bei konstanter Herzfrequenz die nach der Formel Lebensalter eingestellt wird. Blutabnahme vor und nach dem Einlaufen. Welche Rolle spielt die Trainingserfahrung? Können erfahrene Läufer Ihre Leistungsfähigkeit besser einschätzen? Können bessere Läufer den Halbmarathon näher an der Schwelle laufen? Gibt es gesetzmäßige Zusammenhänge zwischen den einzelnen Parameter? Versuchsablauf Eine Geschwindigkeitsstufe beträgt vor erreichen des Schwellenkriteriums 0.15 m/s. Danach 0.1 m/s. Puls Laktat Laufbandgeschwindigkeit [m/s] 1. 6

7 Ist die Ergometervoraussage genauer als das eigene Leistungsempfinden? Wilcoxon Sign Test Können erfahrene Läufer Ihre Leistungsfähigkeit besser einschätzen? (T Test für unabhängige Stichproben) Gibt es gesetzmäßig Zusammenhänge zwischen den einzelnen Parameter? (z.b. zwischen Gewicht und Wettkampfzeit) (Korrelations Statistik) Ist das bei guten und weniger guten Läufern gleich? (Korrelations Statistik) Gute Läufer Weniger gute Läufer Danke fürs Zuhören! 1. 7