Klaus Mattes (Projektleitung), Stefanie Manzer & Martin Reischmann. Universität Hamburg, Abteilung Bewegungs- und Trainingswissenschaft

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1 1 Vergleichende kinematische Analyse des Sprintschrittes, der maximalen Sprintgeschwindigkeit und Pick-Up-Beschleunigung in verschiedenen Leistungsklassen (AZ /16) Klaus Mattes (Projektleitung), Stefanie Manzer & Martin Reischmann Universität Hamburg, Abteilung Bewegungs- und Trainingswissenschaft Kooperationspartner: Cheick-Idriss Gonschinska, DLV-Cheftrainer, Ronald Stein, Bundestrainer Sprint und Klaus Jakobs, HHLV leitender Landestrainer, Ralf Buckwitz, OSP Berlin 1 Einteilung Basierend auf der Funktionsphasengliederung von Tidow und Wiemann (1994) und einschlägigen Studien zum Sprintlauf (Young, 2007) wurde von der Arbeitsgruppe der Universität Hamburg in Kooperation mit dem OSP Berlin ein Modell zur kinematischen Analyse des Doppelschrittes bei maximaler Sprintgeschwindigkeit entwickelt und theoretisch begründet (Mattes, Manzer & Buckwitz, 2016). Das Technikmodell bildet die Phasenstruktur des Ziehenden Laufens und wesentliche kinematische Merkmale ab. Die Phasenstruktur umfasst acht Events (t1-t8) und sieben Teilphasen, wobei Event t1 und t8 jeweils Beginn und Ende des Doppelschrittes beschreiben (Abb. 1). Im Zentrum steht die Phase des Bodenkontaktes, die durch die vorangehenden Phasen Pre-Support, Kniehubschwung und Ausschwung systematisch vorbereitet wird, um eine kurze Bodenkontaktzeit anzusteuern. Abb. 1: Phasenstruktur des Doppelschrittes (in Anlehnung an Tidow & Wiemann, 1994).

2 2 Vergleichende kinematische Analyse des Sprintschrittes,... Ziel des Service-Projekts war die Fortführung der Untersuchungen zum Technikmodell Ziehendes Sprinten und die Erweiterung auf den Vergleich von Nachwuchs- und Spitzenathleten sowie die Pick-Up-Beschleunigung. Dabei wurde gefragt, welche Unterschiede in den kinematischen Merkmalen des Sprintschrittes zwischen den verschiedenen Leistungsklassen und im Vergleich von maximaler Sprintgeschwindigkeit und der Pick-up-Beschleunigung bestehen. 2 Methode Die Felduntersuchungen erfolgten mit Sprinterinnen und Sprintern des DLV und des HLV in Trainingslagern bzw. -wochenenden nahe dem Saisonhöhepunkt. Die Probanden wurden durch den verantwortlichen Bundestrainer bzw. Hamburger Landestrainer benannt (Tab. 1). Nach Erhebung anthropometrischer Daten ren) oder separat als fliegender Sprint über die Distanz von 30 m sowie einem Sprint aus dem Startblock über die Distanz von 40 m (Junioren und HLV-Kader). Bezogen auf den Startpunkt lag dabei der Aufnahmebereich bei m (Pick-Up-Beschleunigung) bzw. bei m (maximale Sprintgeschwindigkeit). Die Aufnahmen wurden mit Photon Fokus Kameras, 200 Hz und einer Bildauflösung von 1760 x 448 Pixel angefertigt. Die mittlere Laufgeschwindigkeit wurde mit einer Dreifach-Lichtschranke (Wilhelm Köster, Ditzingen) gemessen. Die kinematische Auswertung erfolgte mit Peak Motus 10.1 (Vicon). Neben den Kennwerten zur Charakterisierung der Sprintgeschwindigkeit wurden vier Körperwinkel für die Schlüsselpositionen des Sprintschrittes (Abb. 1) sowie für den Fußaufsatz der horizontale Abstand des Zehpunktes zum Hüftpunkt beim Fußaufsatz bestimmt (Abb. 2). Weitere Kennwerte stellten Tab. 1: Untersuchungsstichprobe, N = 42 Verband Geschlecht Kaderstatus Kürzel Anzahl DLV Messung 2016 weiblich A-C bzw. Olympiateilnehmer w 3 7 männlich m 4 12 Junioren Kurzsprint mj 8 8 Junioren Langsprint mjls 7 7 HLV weiblich Nachwuchs wjhh 8 8 Stichprobe ergänzt durch Messung 2015 (Körperhöhe, -masse, Beinlänge) und einer allgemeinen Erwärmung wurden die Athleten mit gut sichtbaren Markern beklebt. Danach erfolgten die spezifische Sprinterwärmung und die Tests entweder als Sprint über 100 m (Senio- die Beuge- und Streckgeschwindigkeit im Hüftund Kniegelenk sowie die Fußgeschwindigkeit vor Bodenkontakt dar (Manzer, Mattes, Holländer, 2016). Abb. 2: Definition der Körperwinkel und des horizontalen Abstandes des Zehpunktes zum Hüftpunkt.

3 Vergleichende kinematische Analyse des Sprintschrittes,... 3 Die Unterschiede zwischen den Leistungsklassen bzw. zwischen dem Sprintschritt mit maximaler versus Pick-up-Beschleunigung wurden mittels Varianzanalyse nach dem allgemeinen linearen Modell berechnet. 3 Ergebnisse Die Kader höherer Leistungsklasse sprinteten schneller (v) aufgrund größerer Schrittlänge (sds) bei vergleichbarer Schrittfrequenz (fds) und Flugzeit (tf), aber mit kürzerer Bodenkontaktzeit (tk). Der Doppelschritt zeigte eine höhere Hüftbeugegeschwindigkeit im Kniehubschwung (vhwflex) sowie ein weiteres Ausgreifen (KW), eine höhere Hüftstreck- (vhwex) und Vertikalgeschwindigkeit der Zehe (vfußy) im Schwungzug, ein weiter gestrecktes Kniegelenk (KW) und einen größeren Abstand des Fußes vorm KSP (szpx-hpx) bei Take on sowie eine geringere Kniestreckung (KWex) während des Bodenkontaktes (Tab. 2). ges mit höherer vertikaler Fußgeschwindigkeit und während des Bodenkontaktes mit geringerer Kniestreckung im Stützbein auf. Die Männer zeigten eine signifikant höhere Sprintgeschwindigkeit, Schrittlänge als die Frauen. Außerdem setzten die Frauen den Fuß bei Bodenkontakt näher am Körper (horizontaler Abstand des Hüftpunktes zum Zehpunkt) auf (Frauen 29 ± 4 cm vs. Männer 33 ± 4 cm). Die Abdruckgestalt (Take off) der Frauen war durch eine tendenziell weitere Kniestreckung als die der Männern (Frauen 166 ± 5 vs. Männer 161 ± 5 ) gekennzeichnet. Signifikante Unterschiede im Vergleich Pick-Up- Beschleunigung vs. maximaler Sprintgeschwindigkeit bestanden bei der Sprintgeschwindigkeit, Schrittlänge und Flugzeit mit höheren Werten sowie bei der Bodenkontaktzeit mit geringeren Werten bei maximaler Sprintgeschwindigkeit. Die Körperwinkel zeigten im Vergleich der beiden Sprintvarianten signifikante Unterschiede im Kniewinkel beim Ausgreifen und bei Fußauf- Tab. 2: Vergleich der Leistungsklassen Männer (m) N = 12, Junioren (mj) N = 8 und Junioren Langsprint (mjls) N = 7 Event/Phase Kennwert Leistungsklasse (LK) Vergleich der LK [Maßeinheit] m mj mjls m vs. mj Doppelschritt v [m/s] 10,9 ± 0,3 10,2 ± 0,2 9,9 ± 0,3 0,00 0,00 sds [m] 4,70 ± 0,17 4,51 ± 0,27 4,66 ± 0,19 m vs. mjls mj vs. mjls fds [1/s] 2,33 ± 0,08 2,26 ± 0,12 2,11 ± 0,06 0,00 0,01 tk [ms] 92 ± 4 99 ± ± 9 0,03 0,00 tf [ms] 123 ± ± ± 7 0,01 0,01 Kniehubschwung vhwflex [ /s] -439 ± ± ± 81 0,04 Max. Ausgreifen KW [ ] 157 ± ± ± 12 0,02 0,00 Schwungzug vhwex [ /s] 345 ± ± ± 45 0,00 0,02 vfußy [m/s] -4,89 ± 0,76-3,36 ± 0,51-3,74 ± 0,41 0,00 0,00 Take on szpx-hpx [cm] 0,4 ± 0,05 0,34 ± 0,06 0,35 ± 0,05 0,02 KW [ ] 156 ± ± ± 8 0,02 Bodenkontakt KWex [ ] 10,8 ± 5,9 15,4 ± 3,5 17,3 ± 5,1 0,02 Die Frauen liefen im Vergleich zu den Hamburger D-Kaderathletinnen mit höherer Sprintgeschwindigkeit, Schrittfrequenz und längerer Schrittlänge sowie kürzerer Bodenkontaktzeit. Unterschiede in der Bewegungstechnik traten im Take off mit geringer gestrecktem Knie- und Sprunggelenkwinkel, während des Schwungzusatz sowie beim Nachgeben im Kniegelenk während des Bodenkontaktes mit höheren Werten beim Sprint mit maximaler Sprintgeschwindigkeit. Ein tendenzieller Unterschied bestand im minimalen Kniewinkel beim Anfersen (p = 0,07) mit kleineren Werten bei maximaler Sprintgeschwindigkeit.

4 4 Vergleichende kinematische Analyse des Sprintschrittes,... Der maximale Sprint wurde mit höherer Hüftstreckgeschwindigkeit im Kniehubschwung, mit größerem Nachgeben im Kniegelenk und geringerer Streckung im Sprunggelenk während des Bodenkontakts im Vergleich zur Pick-up- Beschleunigung absolviert. 4 Diskussion Bei der Steigerung der Sprintgeschwindigkeit im Wechsel von den Junioren zu den Männern bzw. von den Juniorinnen zu den Frauen geht es nicht um die Frage Schrittlänge oder Schrittfrequenz, sondern beide Kennwerte müssen zur Leistungssteigerung beitragen. Das kann nur gelingen, wenn gleichzeitig die Bodenkontaktzeit verkürzt wird. Die vergleichbare Flugzeit weist darauf hin, dass die Erwachsenen weniger Sprintgeschwindigkeit während des Bodenkontaktes infolge eines geringeren horizontalen Bremsimpulses verlieren und/ oder einen größeren horizontalen Beschleunigungsstoß wahrscheinlich infolge einer mehr horizontal gerichteten Abdruckkraft erzeugen. Die größere Schrittlänge bei gleicher Flugzeit realisierten die Erwachsenen mit einem weiteren Ausgreifen sowie größerem Abstand des Fußes vor dem Körperschwerpunkt bei Take on und mit einer höheren Hüftstreck- und vertikalen Fußgeschwindigkeit im Pre-Support. Eine höhere Aktivität im Pre-Support in der Hüftstreckung, dem Fußaufsatz, der zudem flacher erfolgt, bereitet zum einen die Muskulatur für die Amortisation des Landedruckes besser vor und unterstützt im nachfolgenden Stützzug die Hüftstreckgeschwindigkeit, um den Körperschwerpunkt schnell vom Vorder- in den Hinterstütz zu ziehen. Diese Bewegungsmerkmale könnten eine Reduktion der Zeitdauer des horizontalen Bremsstoßes und somit einen geringeren horizontalen Geschwindigkeitsverlust erklären. Die Ergebnisse stimmen mit Befunden früherer Studien überein, in denen gezeigt werden konnte, dass die Technik schneller Sprinter durch einen flachen aktiven Fußaufsatz (Young, 2007) mit hoher Rückschwunggeschwindigkeit des Fußes vor dem Aufsatz, eine hohe Hüftstreckgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Landung sowie einen geringen Arbeitsbereich im Kniegelenk (Hunter, 2005) und eine nicht volle Kniestreckung bei Take-off (Tidow & Wiemann, 1994; Buckwitz & Stein, 2014) gekennzeichnet ist. Bedingt durch die Unterschiede in der Sprintgeschwindigkeit muss sich die Schrittlänge und/oder Schrittfrequenz, die Boden- und/oder Flugzeit von der Pick-Up-Beschleunigung zur maximalen Sprintgeschwindigkeit verändern. Dabei besteht eine Möglichkeit in der Erhöhung der Schrittlänge bei vergleichbarer Schrittfrequenz mit Verkürzung der Bodenkontaktzeit bei gleichzeitiger Verlängerung der Flugzeit. Dadurch verändert sich der Schrittrhythmus (Relation Boden- zur Flugzeit) und die Bedingungen für ein anderes Bewegungsverhalten werden gelegt. Durch die längere Flugzeit kann der Fuß vergleichbar nahe am Körper, aber mit weiter gestrecktem Knie aufgesetzt und das Schwungbeinknie bei Stützbeginn stärker angewinkelt werden. Obwohl das Kniegelenk während der Bodenkontaktphase stärker nachgibt, folgt aufgrund der vergleichbaren Kniestreckung somit ein identischer Kniewinkel während der Abdruckgestalt. Ein größerer vertikaler Kraftimpuls bei Bodenkontakt stellt eine notwendige Voraussetzung dar, um die Flugzeit zu verlängern.

5 Vergleichende kinematische Analyse des Sprintschrittes, Literatur Buckwitz, R. & Stein, R. (2014). Aktuelle Entwicklungen im Kurzsprint der Männer und daraus abgeleitete Schwerpunktsetzungen für das Training. Leistungssport, 3. Hunter, J. P., Marshall, R. N. & McNair, P. J. (2004). Interaction of step length and step rate during sprint running. Medicine and science in sports and exercise, 36 (2), Manzer, S., Mattes, K. & Holländer, K. (2016). Kinematic Analysis of Sprinting Pickup Acceleration versus Maximum Sprinting Speed. Journal biology of exercise, 12 (2), doi: /jbe Mattes, K., Manzer, S. & Buckwitz, R. (2016). Überprüfung eines Modells zur Schwung-Zug-Technik mit maximaler Sprintgeschwindigkeit. In P. Wastl & K. Isermann (Hrsg.), 12. Tagung der dvs- Kommission Leichtathletik (Schriften der Deutschen Vereinigung für Sportwissenschaft, siehe Tagungsband). Sankt Augustin: Academia Tidow, G. & Wiemann, K. (1994). Zur Optimierung der Sprintlaufs bewegungsanalytische Aspekte. Leistungssport, 5, Young, M. (2007). Maximal velocity sprint mechanics. Monterey, CA: Coaches Choice.