Structuring, Conditioning, and Modeling Neuromuscular and Cardiorespiratory Performance in Different Populations

Der Prozess der Trainingsoptimierung sowohl bei Sportlern als auch in klinischen Populationen hängt davon ab, dass die Trainingsstrategien auf die spezifischen neuromuskulären und kardiorespiratorischen Anforderungen der jeweiligen Person abgestimmt sind. In dieser kumulativen Dissertation wurde untersucht, wie Trainingsinterventionen systematisch konzipiert (STRUKTURIERUNG), effektiv durchgeführt (KONDITIONIERUNG) und angepasst (MODELLIERUNG) werden können, um die Leistung verschiedener Populationen zu verbessern. Innerhalb dieses Rahmens wurden zehn Originalstudien mit spezifischen Forschungsfragen durchgeführt, die vom Setzen sportartspezifischer Trainingskonzepte über auf individuelle Personengruppen angepasste Trainingsstrategien bis hin zur prädiktiven Leistungsmodellierung reichen.
Der erste Teil der Arbeit befasste sich mit der Frage, wie das Training systematisch strukturiert werden kann, um den körperlichen Anforderungen bestimmter Sportarten und Bevölkerungsgruppen gerecht zu werden. Im Rahmen dessen wurden in Kapitel 2 die körperlichen Leistungsanforderungen im Modernen Fünfkampf zusammengetragen, um auf den kürzlich Austausch der Disziplin des Springreitens durch den Hindernislauf zu reagieren und das neue verkürztes Wettkampfformat zu berücksichtigen. Dies resultierte in ein mögliches Trainingsrah-menkonzept, dass für eine Strukturierung in grundlegendes, integratives und aufgabenspezifi-sches Training plädiert. Kapitel 3 untersuchte, ob eine reine Nasenatmung als kostengünstiger und einfach umzusetzender Ansatz dienen kann, um die vorgeschriebene Intensität in einem niedrigintensiven Ausdauertraining einhalten zu können. Obwohl durch reine Nasenatmung die Ventilation (-13,6 %, p < 0,001, ηp2 = 0,45) und die Atemfrequenz (p = 0,01, ηp2 = 0,35) signifikant reduziert worden war, ohne die empfundene Anstrengung (p ≥ 0,06, ηp2 = 0,01) zu verän-dern, wurden keine signifikanten Unterschiede in der Intensitätsverteilung (Zeit, die in der Trainingszone verbracht wurde, quantifiziert durch Leistungsabgabe und Herzfrequenz) gefunden (p ≥ 0,24, ηp2 ≤ 0,07). Eine Reduktion auf reine Nasenatmung scheint demnach nicht ausreichend, um die vorgeschriebene niedrige Intensität im Training einzuhalten, unterstützt aber möglicherweise einen positiven Effekt in Bezug auf die Trainingsqualität. Um Ermüdungseffekte beim Krafttraining zu reduzieren, wurde in Kapitel 4 das Cluster-Set-Training in einem sechswöchigen Trainingsprogramm für (mittel-)alte Erwachsene untersucht. Das Cluster-Set-Training führte zu erheblichen Steigerungen der Kraft- und Gleichgewichtsfähigkeit und wurde im Vergleich zum traditionellen Krafttraining signifikant weniger anstrengend empfunden (Ses-sion RPE 4,4 ± 0,8 vs. 5,6 ± 0,8 a.u., p = 0,002, SMD = 1,56). Daher scheint die Durchführung eines Krafttrainings mit einer Cluster-Set-Struktur ein geeigneter Ansatz zu sein, um relevante Anpassungen hervorzurufen und gleichzeitig die Belastung zu verringern und somit möglicherweise die Adhärenz im Zuge eines strukturierten Trainingsprogramms zu verbessern.
Der zweite Teil der Arbeit (Konditionierung) lag der Fokus auf ergänzenden Trainingsstrategien zur Präzisierung von Trainingsreizen, mit besonderem Schwerpunkt auf Elektromyostimulation (EMS). In Kapitel 6 wurde EMS in einem Arm einer dreiteiligen randomisierten Crossover-Studie als potenzielles Mittel zur akuten Verbesserung der Sprungleistung durch Post-Activation Performance Enhancement (PAPE) untersucht. Obwohl EMS nahe an der ursprünglichen Idee der Potenzierung nach der Aktivierung (PAP) bleibt, führte dessen Einsatz jedoch nicht zu Verbesserungen, sondern nach einem ausreichenden Aufwärmen sogar zu leichten Abnahmen der Sprungleistung (SMD ≤ 0,12). Auch im Hinblick auf das chronische Anpassungspotenzial konnte in Kapitel 5 gezeigt werden, dass weder ein 4-wöchiges statisches noch ein dynamisches Training mit dem eigenen Körpergewicht verstärkt durch Ganzkörper-EMS (3x pro Wo-che) gefolgt von einem 4-wöchigen Block plyometrischer Übungen (2x pro Woche) die Maxi-malkraft- und Sprungleistung bei jungen, körperlich aktiven Erwachsenen signifikant verbessert (SMD ≤ 0,51). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass EMS zumindest bei körperlich aktiven Erwachsenen nur begrenzt als zusätzliches Trainingsinstrument geeignet ist, um eine akute neu-romuskuläre Potenzierung oder chronische Kraftanpassungen hervorzurufen. In rehabilitativen und klinischen Kontexten kann EMS jedoch ein vielversprechendes Instrument darstellen, da es das Training von Populationen mit eingeschränkter neuromuskulärer Kapazität ermöglicht, um die Muskelmasse zu erhöhen oder zu erhalten und kardiovaskuläre Belastungen zu induzieren. In einer akuten Pilotstudie mit gesunden Teilnehmern (Kapitel 7) wurde eine kontinuierliche niederfrequente elektrische Stimulation der unteren Gliedmaßen (4 Hz, 10 Minuten, Gesäßmus-kel: 80,0 ± 22,7 mA, Quadrizeps: 94,5 ± 20,5 mA, Waden: 77,5 ± 19,1 mA) während eines submaximalen Handcycling-Trainings durchgeführt. Dies führte zu einem signifikanten Anstieg des akuten Sauerstoffbedarfs (13,52 ± 1,40 vs. 18,98 ± 4,89 mlꞏmin-1ꞏkg-1, p = 0,001) im Vergleich zum Handcycling ohne gleichzeitige Stimulation. Um die Übertragbarkeit dieser Ergebnisse eines erhöhten Sauerstoffbedarfs auch bei Rollstuhlfahrern zu untersuchen, wurde in einer Folgestudie (Kapitel 8) das EMS-Handcycling-Protokoll bei Spielern der deutschen Rollstuhl-basketball-Nationalmannschaft repliziert. Obwohl ähnliche Ergebnisse in der Zielpopulation gezeigt werden konnten, war der beobachtete Anstieg des Sauerstoffbedarfs deutlich geringer und heterogener als in der Pilotstudie (+8,9 ± 5,8 % vs. +39,7 ± 30,0 %). Nichtsdestotrotz kann EMS angesichts dieser Ergebnisse als potenzieller Trainingsreiz zur Verbesserung der aeroben Kapazität bei Rollstuhlsportlern dienen. Um die Analyse der akuten Reaktionen auf das Training zu vervollständigen, wurden die neuromuskulären Reaktionen auf ein intensives Ausdauertraining untersucht, indem die Auswirkungen eines konzentrischen und exzentrischen modifizierten Sprintintervalltrainings (10x10 s Vollsprint, 50 s Pause) auf die Leistung beim Counter-Movement-Jump und das dynamische Gleichgewicht verglichen wurden (Kapitel 9). Interessanterweise führte nur das konzentrische Protokoll zu signifikanten Reduktionen der Sprunghö-he (p = 0,004, SMD = 0,59) und der Gleichgewichtsfähigkeit (Y-Balance-Test, p = 0,015, SMD = 0,28). Obwohl beim exzentrischen Radfahren höhere Pedalkräfte beobachtet wurden, führte die kardiozirkulatorische deutlich beanspruchendere konzentrische Bedingung zu stärker ausgeprägten Beeinträchtigungen der Gleichgewichtsfähigkeit und der Sprungleistung.
Um ein evidenzbasiertes Training und eine langfristige Planung zu unterstützen, wurde im letzten Teil der Arbeit in zwei Studien der Zusammenhang zwischen (an)aeroben Leistungsparametern und sportartspezifischen Wettkampfleistungen bei professionellen 400m-Sprintern (Kapitel 10) und Elite-Ruderern (Kapitel 11) untersucht. In beiden Studien wurden mit Hilfe einer backward stepwise regression relevante Prädiktoren für die jeweilige Wettkampfleistung identifiziert. Beim 400-m-Sprint erwiesen sich die maximale Sprintgeschwindigkeit und die maximale aerobe Geschwindigkeit als die stärksten Prädiktoren (R2 = 0,90), während beim Rudern die Sprintleistung, die Leistung bei 4 mmolꞏL-1 Blutlaktat und entweder die maximale Sauerstoffaufnahme (Frauen) oder die maximale aerobe Leistung (Männer) die beste Vorhersagekraft für die 2000-m-Leistung ergaben (R2 = 0,91 bzw. 0,94). Darüber hinaus wurden die Athleten in beiden Studien anhand des Verhältnisses in verschiedene physiologische Profile eingeteilt, um eine genauere Anpassung des Trainings zu ermöglichen.
Zusammenfassend bedeutet dies, dass für eine wirksame Entwicklung der körperlichen Leistungsfähigkeit das Training zunächst systematisch auf der Grundlage der Anforderungen der Sportart strukturiert, dann mit hoher Qualität in gezielten Interventionen durchgeführt wer-den muss, um eine chronische Anpassung im Laufe der Zeit zu bewirken, und schließlich kontinuierlich durch die Analyse der Leistung verfeinert werden muss, um die wichtigsten Prädiktoren für die künftige Trainingsplanung zu ermitteln.