Umverteilung der muskulären Antriebe bei bewegungsinduzierter ermüdender Beanspruchung

Seit mehr als einem Jahrhundert erforschen Wissenschaftler die durch körperliche Aktivität verursachte Ermüdung. Jede energieaufwendige Tätigkeit erschöpft schließlich die Energiereserven des Körpers, was zu einer Ermüdung der biologischen Strukturen führt. Die Ermüdung wird in zwei Haupttypen unterteilt: zentrale (neuronale) und periphere (muskuläre) Ermüdung. Studien zur zentralen Ermüdung konzentrieren sich in der Regel auf isometrische Kontraktionen in isolierten Muskelgruppen unter Verwendung der Twitch-Interpolationstechnik. Neuere Forschungen haben jedoch auch die periphere Ermüdung untersucht, die durch komplexe Bewegungen wie Springen und Laufen hervorgerufen wird. Trotz eines allgemein guten Verständnisses sowohl der zentralen als auch der peripheren Ermüdung ist das Wissen über die ermüdungsbedingten gelenkspezifischen Veränderungen der mechanischen Leistung und Arbeit noch begrenzt. Die vorliegende Dissertation, die aus drei experimentellen Studien besteht, hatte daher zum Ziel, unser Verständnis der mechanischen und physiologischen Auswirkungen langandauernder hochintensiver Bewegungen, wie das vertikale Springen und Laufen, zu vertiefen.
Ziel der ersten Studie war es, die Auswirkungen von 300 intermittierenden CMJs auf die Verteilung der mechanischen Leistung an den Gelenken der unteren Extremität und den Einfluss des Oberkörpers auf die Vertikalsprungleistung zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass das sprunginduzierte Ermüdungsprotokoll zu einer Verringerung der Vertikalsprungleistung führte und eine verringerte (P < .010) Knie- und Sprunggelenksleistung zur Folge hatte. Obwohl eine Abnahme der internen Muskelkraft und eine Zunahme des relativen aktiven Muskelvolumens der Hüftstrecker beobachtet wurde, wurden keine Veränderungen des Drehmoments oder der Leistung des Hüftgelenks festgestellt. Darüber hinaus wurde, während der Brems- und Antriebsphase, ein deutlich höherer Drehimpuls im Massenschwerpunkt festgestellt. Dies ist möglicherweise auf das zusätzliche Drehmoment der Rumpfstreckmuskeln zurückzuführen, das den Drehimpuls und die maximale vertikale Geschwindigkeit des oberen Körpersegments erhöhte. Wir vermuten, dass ein gezieltes Training zur Stärkung der Rumpf- und Beinstreckmuskulatur, insbesondere der Kniestreck- und Sprunggelenksmuskulatur, den Vertikalsprung und die sportliche Leistung in Sportarten, die eine konstante Sprungfähigkeit erfordern, verbessern würde. Der mechanische Einfluss der Rumpfstreckmuskeln sollte bei der vertikalen Sprungleistung nicht vernachlässigt werden, insbesondere unter Ermüdungsbedingungen.
Ziel der zweiten Studie war es, die gelenkspezifischen Beiträge zur Gesamtarbeit der Gelenke der unteren Extremität während eines längeren ermüdenden Laufs (10 km) zu untersuchen. Es wurde eine Abnahme (P < 0,05) der positiven Sprunggelenkarbeit sowie eine Zunahme der positiven Knie- und Hüftgelenkarbeit festgestellt. Diese Ergebnisse standen im Zusammenhang mit einer Umverteilung der einzelnen Beiträge zur Gesamtarbeit der unteren Extremität weg vom Sprunggelenk hin zum Knie- und Hüftgelenk, die in der Gruppe der Freizeitläufer ausgeprägter war als in der Gruppe der Leistungsläufer. Die Umverteilung der Gelenkarbeit vom Sprunggelenk auf proximale Gelenke könnte ein biomechanischer Mechanismus sein, der die verringerte Laufökonomie bei einem längeren ermüdenden Lauf teilweise erklären kann. Dies könnte daran liegen, dass die Muskel-Sehnen-Einheiten der proximalen Gelenke im Vergleich zu den Plantarflexoren am Sprunggelenk weniger gut für die Energiespeicherung und -rückgabe ausgestattet sind und eine größere Aktivierung des Muskelvolumens für eine bestimmte Kraft erfordern. Um die Laufleistung zu verbessern, könnten Langstreckenläufer von einer trainingsinduzierten Steigerung der Kapazität der Muskel-Sehnen-Einheiten der Plantarflexoren am Sprunggelenk profitieren.
Ziel der dritten Studie war es, die Auswirkungen eines flachen Rennschuhs und eines gedämpften Schuhs auf die gelenkspezifischen Beiträge zur Gelenkarbeit der unteren Extremität während eines längeren ermüdenden Laufs (10 km) zu untersuchen. Bei beiden Schuhen wurde eine Umverteilung der positiven Gelenkarbeit vom Sprunggelenk zum Knie und zur Hüfte während des gesamten Laufs beobachtet. Die negative Gelenkarbeit im Sprunggelenk war beim flachen Rennschuh höher (P < 0,01) als beim gedämpften Schuh. Anfängliche Unterschiede im Fußauftrittsverhalten zwischen den Schuhen verschwanden nach 2 km Laufstrecke. Unabhängig vom Schuhdesign traten in den ersten 2 km des Laufs Veränderungen in der Laufmechanik auf, was eher auf einen Gewöhnungs- als auf einen Ermüdungseffekt zurückgeführt werden könnte. Obwohl wir keinen Unterschied zwischen den Schuhen bei der ermüdungsbedingten Umverteilung der Gelenkarbeit von den distalen zu den proximalen Gelenken feststellen konnten, sind weitere systematische Studien erforderlich, um die Auswirkungen spezifischer Schuhdesignmerkmale zu untersuchen.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass diese Dissertation Erklärungen für die muskuläre Ermüdung und ihre mechanischen und physiologischen Auswirkungen bei lang andauernden, hochintensiven Bewegungen liefert. Je nach Art der Bewegung kommt es zu einer gelenkspezifischen Umverteilung der Muskelarbeit, um die mechanische Arbeit am Körperschwerpunkt zu verrichten. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung für die sportliche Leistung, die Trainingspraxis und die Entwicklung von Schuhwerk. Gelingt es in Zukunft, den Trainingszustand und die Ermüdungsresistenz der unteren Extremität systematisch zu ermitteln und darauf aufbauend individuell angepasste Trainingsprotokolle und Laufschuhe (Masse, Zwischensohlensteifigkeit und Zwischensohlenmaterial) zu entwickeln, ist eine individuelle Steigerung der Laufleistung denkbar. Damit könnte möglicherweise auch die 2-Stunden-Marke im Marathon geknackt werden.