Graduiertenkolleg Funktionelle Belastung für Aufbau und Erhalt psycho-biologischer Leistungsfähigkeit

Graduiertenkolleg Funktionelle Belastung für Aufbau und Erhalt psycho-biologischer Leistungsfähigkeit
Am Sportpark Müngersdorf 6
50933 Köln
Institutsgebäude II
E-Mail mesternospam-­dshs-koeln.de
Telefon +49 221 4982-4840
Fax +49 221 4982-8180

Das Graduiertenkolleg „Funktionelle Belastung für Aufbau und Erhalt psycho-physischer Leistungsfähigkeit“ (Laufzeit 2012 bis 2014) war unter Federführung des Instituts für Trainingswissenschaft und Sportinformatik im Rahmen des Deutschen Forschungszentrums für Leistungssport (momentum) mit den hier beteiligten Instituten interdisziplinär angelegt:

  • Institut für Bewegungs- und Neurowissenschaft
  • Institut für Biochemie
  • Institut für Biomechanik und Orthopädie
  • Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin
  • Psychologisches Institut

Unter besonderer Berücksichtigung der Einflüsse von verschiedenen Belastungsbedingungen zwischen physikalisch und physiologisch sehr geringen Belastungen unter Bedingungen der Mikrogravitation, über Belastungen in klinischen Situationen und solchen von Sport und körperlicher Aktivität für Kinder und ältere Menschen bis hin zu Belastungssituationen des Leistungs- und Extremsports sollen in diesem „Spektrum der funktionellen Belastung“ psychophysische Reaktionen untersucht werden. Die Doktorandinnen oder Doktoranden haben in den Bereichen der Grundlagen-, Anwendungs- und Praxisforschung die genannten Themen wissenschaftlich bearbeitet, innovative Methoden entwickelt und validiert und diese Methoden in Experimenten und Interventionsprogrammen eingesetzt.

Doktorandinnen und Doktoranden

Sara Firner

Der Effekt mechanischer Be- und Entlastung des Kniegelenkes auf den Knorpelstoffwechsel

Osteoarthrose ist weltweit die häufigste Gelenkerkrankung. Dennoch sind ihre Ursachen bis heute nicht vollständig verstanden. Neben einer Verschlechterung der physischen Leistungsfähigkeit und der Lebensqualität, ist ein erheblicher Anteil aller Arbeitsunfähigkeitstage, Frühberentungen, sowie Rehabilitationsmaßnahmen auf degenerative Gelenkerkrankungen zurückzuführen. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Prävention der Osteoarthrose sowohl aus sportwissenschaftlicher, als auch gesellschaft- und volkswirtschaftlicher Sicht an Bedeutung.

Gelenkknorpel stellt ein avaskuläres, alymphatisches und aneurales Gewebe dar, dessen Anpassungsfähigkeit an vermehrte mechanische Belastung stark eingeschränkt ist. Daher werden mechanisch bedingte Mehrbelastungen des Gelenkknorpels, z. B. durch sportliche Aktivität, mit einem erhöhten Osteoarthroserisiko in Verbindung gebracht. Allerdings sind die Determinanten funktioneller bzw. pathomechanischer Gelenkbelastung nicht ausreichend erforscht. Daher soll am Beispiel des Kniegelenkes der Effekt von lokaler mechanischer Be- und Entlastung auf den Knorpelstoffwechsel mit Hilfe von Biomarkern (z. B. COMP (cartilage oligomeric matrix protein), der als Marker für Knorpeldegeneration etabliert ist), systematisch untersucht werden. Da die mechanischen Eigenschaften und die Funktionalität des Gelenkknorpels durch dessen strukturellen Aufbau entscheidend mitbestimmt werden, sollen in einer weiteren Studie verschiedene extrazelluläre Matrixproteine sowohl von gesundem, als auch arthrotischem Knorpelgewebe analysiert werden.

Die zu erwartenden Erkenntnisse können das Verständnis der Pathogenese der Osteoarthrose verbessern und zur Identifikation von funktionellen bzw. pathomechanischen Belastungen des Gelenkknorpels beitragen. Die Kenntnis der Determinanten funktioneller Gelenkbelastung kann sowohl von Leistungs- und Freizeitsportlern, als auch Arthrosepatienten genutzt werden, um Belastungsprotokolle zu erstellen, die zum Erhalt des Knorpelgewebes beitragen und somit längerfristig die physische Leistungsfähigkeit sichern.

Malte Krüger

„Akute und chronische Reaktionen und Anpassungserscheinungen auf Ganzkörper-Kälteapplikation (-110°C) in Verbindung mit differenzierten Trainingsreizen“

Der Bereich der Thermoregulation des Menschen ist ein stark an Bedeutung zunehmendes Forschungsfeld. In Verbindung mit dem Hochleistungssport liegt ein Hauptaugenmerk auf der Kälteapplikation vor, während und nach körperlicher Belastung, mit dem primären Ziel eine Erhöhung der Körperkerntemperatur zu vermeiden, bzw. diese gezielt zu reduzieren. Gemeinhin wird vermutet, dass bei Wettkämpfen, die unter Hitzebedingungen ausgetragen werden und eine deutliche Ausdauerkomponenten beinhalten (ab einer Belastungsdauer von ca. 20 min), mit einer erhöhten Wärmespeicherkapazität der belastungsinduzierte Anstieg der Körperkerntemperatur hinausgezögert werden kann und somit eine gesteigerte Leistungsfähigkeit zu erwarten ist. Im Gegensatz zum „Pre-cooling“ ist die Anzahl bestehender Studien zum „Post-cooling“, der Kälteapplikation nach körperlicher Belastung mit dem primären Ziel der Regenerationsförderung, gering.  Diese Studien, welche zumeist die Methodik der Kaltwasser-Immersion (KWI) benutzen, zeigen tendenziell positive Effekte auf die Regeneration der sportlichen Leistungsfähigkeit. Die Kälteapplikation in einer Kältekammer (bei Temperaturen von -110°C) ist erst in den letzten Jahren für den Einsatz im Hochleistungssport entdeckt worden. Sie bietet die Möglichkeit einer standardisierten und gut zu kontrollierenden Methodik. Im Gegensatz zur KWI wurden die Auswirkungen einer isolierten Kälteapplikation in einer Kältekammer insbesondere auf die Regeneration der sportlichen Leistungsfähigkeit sowie chronische Anpassungserscheinungen bislang nur in sehr wenigen Studien untersucht. Hier besteht erheblicher Forschungsbedarf, welchem mit den in diesem Zusammenhang geplanten Studien nachgegangen werden soll.

Die erste Studie trägt den Arbeitstitel: „Akute Auswirkungen einer Ganzkörper- Kältetherapie (GKKT) auf metabolische, muskuläre und kardio-respiratorische Parameter sowie die Regeneration der sportlichen Leistungsfähigkeit“. Die Probanden werden neben der Eingangsuntersuchung zwei Testtage zu absolvieren haben; an diesen wird zunächst ein spiroergometrischer Rampentest auf dem Laufband absolviert, gefolgt von einer hochintensiven Trainingsbelastung (4x5min bei 90-95% HFmax). Die einstündige Regenerationspause wird randomisiert an dem einen Testtag passiv gestaltet und an dem anderen mit einer  3 minütigen GKKT- Anwendung versehen. Nach der Pause erfolgt ein weiterer Rampentest zur Überprüfung der Regeneration der sportlichen Leistungsfähigkeit. Neben der kontinuierlichen Aufzeichnung der Körperkerntemperatur und der kardio-pulmonalen Parameter während der Belastungen erfolgen unter anderem punktuelle Überprüfungen der Lungenfunktion, die Erhebung der wahrgenommenen körperlichen Verfassung sowie kapillare und venöse Blutabnahmen zur Blutgasanalyse und Bestimmung von Belastungs-, Stress- und Entzündungsparametern.

Aufbauend auf die Ergebnisse und Erkenntnisse der Akutstudie ist eine zweite Studie geplant welche die chronischen Anpassungserscheinungen eines regelmäßigen, begleitenden Einsatzes der GKKT während einer Trainingsphase untersuchen soll. Eine Ausweitung der zu untersuchenden Thematik beispielsweise hinsichtlich geschlechtsspezifischer oder leistungsniveaubedingter Unterschiede sowie der Vergleich zu weiteren Regenerationsmaßnahmen ist möglich und wird in Abhängigkeit der Ergebnisse berücksichtigt. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen dabei helfen, die physiologischen Reaktionen und Wirkungsmechanismen besser zu erklären und Fall-bezogene Empfehlungen für die Anwendung von Kälteapplikation auszusprechen.

Svenja Wolf

Soziale Modulation von Wettkampfstress – Der Zusammenhang von Mannschaftskohäsion und emotionalem Vorstartzustand

Ich promoviere im Teilbereich der Sportpsychologie und beschäftige mich mit der Fragestellung, inwiefern die Mannschaft den emotionalen Zustand der einzelnen Sportlerin bzw. des einzelnen Sportlers vor einem Wettkampf beeinflusst. Je nachdem ob eine Sportlerin einem Wettkampf mit Angst oder Vorfreude entgegen sieht, hat dies hemmende oder stabilisierende Folgen für ihre Leistungsfähigkeit. Ein grundlegender Zusammenhang zwischen dem emotionalen Vorstartzustand der einzelnen Mitglieder und der psychosozialen Qualität einer Mannschaft – in Form ihres Zusammenhalts, ihrer sogenannten Kohäsion – ist bereits belegt. Wieso Sportlerinnen hoch kohäsiver Mannschaften weniger emotional und eher mit Vorfreude als mit Angst auf einen bevorstehenden Wettkampf reagieren als Sportlerinnen gering kohäsiver Mannschaften ist allerdings noch unbekannt.

Generell gehe ich davon aus, dass Emotionen stets als Resultat eines individuellen kognitiven Bewertungsprozesses entstehen (vgl. kognitiv-motivational-transaktionale Theorie von Richard Lazarus et al.). In diesem Prozess bewertet die Athletin eine Situation – in diesem Falle die antizipierte Wettkampfsituation – hinsichtlich ihrer persönlichen Bedeutsamkeit (die sogenannte primäre Bewertung) und hinsichtlich des Gleichgewichts von Anforderungen und Bewältigungsressourcen (die sogenannte sekundäre Bewertung). Empfindet die Athletin die Situation als wichtig reagiert sie emotional. Antizipiert sie, dass ihre Bewältigungsressourcen nicht ausreichen den Anforderungen gerecht zu werden ist diese Emotion Angst; antizipiert sie, dass ihre Bewältigungsressourcen ausreichen den Anforderungen gerecht zu werden ist diese Emotion Vorfreude. Innerhalb meiner Promotion versuche ich nun zu nachzuweisen, dass ein Zusammenhang zwischen Mannschaftskohäsion und kognitiver Bewertung der Vorstartsituation besteht – und dass die Mannschaft auf diesem Wege mit dem emotionalen Zustand einer Athletin in Beziehung steht.

Als ersten Schritt haben wir mit dem Precompetitive Appraisal Measure einen Fragebogen entwickelt, der uns erlaubt Sportlerinnen bezüglich ihrer kognitiven Bewertung (d. h., der wahrgenommenen Wichtigkeit und des empfundenen Anforderungs-Ressourcen-Gleichgewichts) einer bevorstehenden Wettkampfsituation zu befragen. Zusammen mit Fragebögen zur Erfassung der wahrgenommenen Mannschaftskohäsion und des emotionalen Vorstartzustands haben wir das Precompetitive Appraisal Measure dann 384 Leistungssportlerinnen und -sportlern (51.3% weiblich; M = 20.32 Jahre) im Durchschnitt 83 Minuten vor Beginn eines regulären Saisonspiels zur Beantwortung vorgelegt. Die Sportlerinnen und Sportler waren Teil von 27 kanadischen Universitäts- und Collegemannschaften der Sportarten Basketball (19.5%), Eishockey (41.9%) und Volleyball (38.5%).

Die bis dato berechneten Analysen zeigen, die Mannschaftskohäsion sagt sowohl die primäre als auch die sekundäre Bewertung der Vorstartsituation signifikant vorher (Aufklärung von 10 bis 17% der Varianz). Im Einzelnen steht (a) eine hohe aufgabenbezogene Kohäsion in Zusammenhang mit einer erhöhten persönlichen Bedeutsamkeit der Wettkampfsituation, und (b) eine hohe Gruppenattraktivität in Zusammenhang mit einer positiveren Bewältigungserwartung.

Die grundlegende Verbundenheit von Mannschaftskohäsion und kognitiver Bewertung der Vorstartsituation ist damit bestätigt. Auffällig ist jedoch, dass eine hohe Kohäsion sowohl mit einer positiveren Bewältigungserwartung im Bezug auf den bevorstehenden Wettkampf, als auch mit einer erhöhten wahrgenommenen Wichtigkeit des Selbigen einhergeht. So wäre es möglich, dass eine hohe Mannschaftskohäsion neben erhöhter Kooperationsbereitschaft und sozialer Unterstützung auch ein verstärktes Verantwortungsgefühl gegenüber den anderen Mannschaftsmitgliedern mit sich bringt. Diese Mechanismen sowie die angenommene kausale Verkettung von Mannschaftskohäsion, kognitiver Bewertung der Vorstartsituation und emotionalem Vorstartzustand sind allerdings noch empirisch zu bestätigen um letztendlich den emotionalen Zustand – und damit auch die sportliche Leistungsfähigkeit einer Sportlerin – kontrolliert, proaktiv und ökonomisch optimieren zu können.

Kontakt

Univ.-Prof. Dr. Joachim Mester
Univ.-Prof. Dr.

Joachim Mester

Sprecher des Graduiertenkollegs

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