Muskel- und Leistungsphysiologie und ihre Bedeutung für die Praxis in Theorie und Praxis

Muskelarten willkürliche Muskulatur unwillkürliche Muskulatur = quergestreifte Muskulatur = Skelettmuskulatur schnelle und bewußte Innervierung über das ZNS unwillkürliche Muskulatur = glatte (langsame) Muskulatur in den inneren Organen Innervierung durch das vegetative NS Herzmuskulatur wie quergestreifte Muskulatur „schnell“ kontrahiert weitgehend unabhängig von bewußter ZNS-Steuerung http://www.g-netz.de/Der_Mensch/muskulatur/index.shtml, 14.01.10

Aufbau der Skelettmuskulatur ein Muskel besteht aus vielen dünnen Kabeln, den Myofibrille viele Myofibrillen  Muskelfasern viele Muskelfasern  Muskelfaserbündel viele Muskelfaserbündel  Muskel Myofibrille = ein Kabel  viele 1000 Zylindern, den Sarkomeren die kontraktile Einheit http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph07_g8/umwelt_technik/09muskelkraft/muskelkraft.htm, 29.10.08

Die Bindegewebshüllen Endomysium  Myofibrillen Perimysium  Muskelfaser-bündel Epimysium Muskel bestehen aus kollagenem Bindegewebe http://de.wikipedia.org/wiki/Muskel, 05.02.10

Molekularer Aufbau einer Myofibrille: das Sarkomer http://www.uni-heidelberg.de/presse/ruca/ruca1_2000/linke.html, 14.01.10

Molekularer Aufbau einer Myofibrille: das Sarkomer Aktin und Myosin greifen ineinander Kontraktion Titin fixieren die Myosinfilamente an den Z-Scheiben besteht aus kollagenem Bindegewebe kehren nach Dehnung vollständig in Ausgangsposition zurück auch nach wiederholtem Dehnen ein Sarkomer kann nicht auseinander gezogen werden http://www.uni-heidelberg.de/presse/ruca/ruca1_2000/linke.html, 14.01.10

Konsequenzen für die Praxis Ein Muskel kann strukturell nicht gedehnt werden!!! scherengitterartigen Verlaufs der Kollagenfasern der Muskelfaszien (a) entspannter Zustand (b) gedehnter Zustand die Länge der Kollagenfaserbündel bleibt bei der Verformung konstant s. kräftige Linie Bindegewebe wird durch Dehnen fester BUTLER et al 1978 aus RAUPER & KOPSCH (Hrsg.) 1987, S. 146

Stretching – eine Standortbestimmung Metaanalyse der weltweit erhältlichen Publikationen Dr. med. Michael Siewers Akademischen Oberrat in der Abteilung Sportmedizin am Institut für Sport und Sportwissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Leiter der Sektion „Medizinische Trainingslehre“ bewiesen ist… die kurze und langfristige Vergrößerung der Bewegungsreichweite die kurze und langfristige Vergrößerung der maximalen Dehnungsspannung die kurzfristige Herabsetzung der hohen Spannung die Verbesserung des Wohlbefindens (psychische Entspannung) http://www.iss.uni-kiel.de/collegium/copy8_of_beispiel/projekte, 01.02.12

Stretching – eine Standortbestimmung Aber: die Ruhespannung kann durch langfristiges Stretchen nicht gesenkt werden die Leistung wird während des Aufwärmens nicht verbessert die verletzungsprophylaktische Wirkung ist umstritten die Vermeidung von Muskelkater lässt sich nicht nachweisen die Regeneration lässt sich nicht positiv beeinflussen http://www.iss.uni-kiel.de/collegium/copy8_of_beispiel/projekte, 01.02.12

Ansteuerung der Muskulatur elektrischen Impuls entsteht im Gehirn  RM trifft auf die im motorische Einheit Nervenzelle Nervenfaser motorische Endplatte löst chemisch-elektrische Prozesse aus Myosin hangelt sich am Aktin lang bei Aktivierung einer motorische Einheit kontrahieren alle zur Einheit gehörende Muskelzellen mit maximaler Kraft GEHRKE, T.:Sportanatomie. 6. Aufl., Reinbek 2005, S. 47

Der Energiestoffwechsel die unmittelbare Energiequelle ist das ... anaerob Creatinphosphat 3-14 sec. Glykogen 17-45 sec. ! Milchsäure ATP ADP+P Energie 1-3 sec. Glykogen 45 sec. - Stunden Fette aerob

Arten der Energiegewinnung anaerob-alaktazid ATP/CP-Pool ohne O2 ohne Milchsäurebildung Halbwertzeit 17‘‘  99% resynthesiert nach 2‘  100% resynthetisiert nach 3‘ anaerob-laktazid aus Kohlenhydraten (Glukose) mit Milchsäurebildung Halbwertzeit von Lactat 10‘ bei 5 mmol pro Liter Lactat 15‘ bei 10 mmol pro Liter Lactat 25‘ bei >= 20 mmol pro Liter Lactat aerob aus Kohlenhydraten (Glukose) aus Fetten (bzw. Fettsäuren) mit O2 verschieben je nach körperlichen Belastung

Größe der Energiespeicher in Zeit VAN WINGERDEN HICK für uns soll gelten ATP 1 - 3‘‘ 0 - 2‘‘ ATP/CP-Pool 10 – 15‘ Creatin-phosphat 3 - 17,8‘‘ 2 - 25‘‘ Anaerobe Glykolyse 17 - 45‘‘ 10 - 100‘‘ 12 – 45‘‘ Lactat Aerobe Glykolyse 45‘‘ - Std. > 30‘‘ ab 45‘‘

Die verschiedenen Muskelfasertypen http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph07_g8/umwelt_technik/09muskelkraft/muskelkraft.htm, 29.10.08

Muskelfasertypen Fasertypen Typ I ST = slow twitch Typ IIa FTO = fast twitch Typ IIb FTG = fast twitch Farbe rot „rosa“ weiß Myoglogin-gehalt hoch mittel niedrig Stoffwechsel aerob anaerob-laktazid anaerob-alaktazid Ermüdbarkeit Arbeitsweise langanhaltend, geringe Intensitäten schnellkräftig, hohe Intensitäten Kontraktionsge-schwindigkeit Erregungs-schwelle

Aktivierungsablauf es arbeiten nie alle motorischen Einheiten gleichzeitig leichte Belastung Rekrutierung der Typ-I-Fasern mittlere Belastung Rekrutierung der Typ-IIa-Fasern hohe Belastung Rekrutierung der Typ-IIb-Fasern höchste Belastung Frequentierung Synchronisation bei leichtem Training  ausschließliche Beanspruchung der Typ I- Fasern AHONEN, J.; LAHTINEN, T.; SANDSTRÖM, M.; POGLIANI, G.; WIRHED, R.: Sportmedizin und Trainingslehre. Stuttgart 1994, S. 156

Konsequenzen für die Praxis Bei … arbeit vor allem Faser-Typ bean-spruchter Energie-speicher der hält ca. zu trainieren innerhalb der Speicherzeit durch Sprüngen, Würfen, Schlägen Sprints IIb ATP/CP-Pool 10-15‘‘ 5-7‘‘ max. Belastung 10-15‘‘ max. Belastung 400m, Kämpfer, Ausdauer IIa Anaerobe Glykolyse 12-45‘‘ Lactat bis 45‘‘ max. Belastung Ausdauer I Aerobe Glykolyse ab 45‘‘ lang und langsam

Das PRT©-System – Übersicht Gewicht Allgemeine Kraft Maximal-kraft Kraft Power Fasertyp IIb Schnellkraft Rekrutierung in Kg = Kapazität Rekrutierung in Zeit = Leistungsfähigkeit „Basis“-Kraft Fasertyp IIa Explosivkraft „Kraftausdauer“ Fasertyp I Pre-stretch Spezifische Kraft Plyometrie Wiederholungen Geschwindigkeit nach WINGERDEN, B.A.M. van: Bindegewebe in der Rehabilitation. Vaduz 1998

Konsequenzen für die Praxis Nur spezifische Reize bewirken spezifische Anpassungen!!! Je nach Trainingsreiz kommt es zu einer präzisen Ansteuerung bzw. Belastung eines entsprechenden Muskelfasertyps. Will man den gesamten Muskel komplett trainieren braucht man hohe und sehr hohe (maximale) Belastungen!!! Dies gilt besonders für schnelligkeits- und kraftbetonte Sportarten. nach WEINECK, J.: Optimales Training. 15. Aufl. Ballingen 2007, S. 137

Superkompensationszeiten verschiedener Trainingseinheiten Grobe Einteilung Koordination 12 – 24 Stunden Aerobe Ausdauer Sprint-Training (<10‘‘) 36 – 48 (72) Stunden High-Speed Läufe (10-45‘‘) 48 – 72 Stunden Kraftausdauer 36 – 48 Stunden Maximalkraft Schnellkraft Bodybuilding 5 Tage nach WINGERDEN, B.A.M. van: Bindegewebe in der Rehabilitation. Vaduz 1998

Auswirkung von 4 Monaten Training auf den Stoffwechsel BZ G-Chol HDL-Chol LDL-Chol TG Blutzucker Gesamt-Cholesterin HDL-Colesterin LDL-Cholesterin Triglyceride nach Dr. MOOSBURGER, K. A.: Metabolische Effekte körperlichen Trainings. Hall 2006.

Sportverletzungen

Schmerz ist unser Freund ! – Schmerzen verstehen No pain, no gain.“ im Training sinnvoll Ankämpfen gegen die Ermüdung Muskelkater 2-3 Tage nach der Belastung Schmerzentstehung Schwachstelle im System führt zur Überlastung führt zu Mikrotraumen Warnsignal genauer untersuchen korrigieren zur Vermeidung weitere Schäden Gefahr der Schmerzverdrängung führt zur Veränderung der Eigenwahrnehmung zu unnatürlichen Ausweichbewegungen (Kompensation) zu höheren Belastung in Strukturen anderer Körperregionen

Gängige Empfehlung bei Sportverletzungen C H ause is (Kühlen) ompression ochlagern

Die Wundheilungsphase Regeneration vs. Reparatur WINGERDEN, B.A.M. van: Bindegewebe in der Rehabilitation.Verduz 1998, S. 245

Die fünf Entzündungszeichen lateinisch-medizinisch Inflammatio eingedeutscht Inflammation Überwärmung = lat. calor Rötung = lat. rubor Schwellung = lat. tumor Schmerz = lat. dolor eingeschränkte Funktion = lat. functio laesa allgemeine unspezifische Entzündungszeichen Fieber beschleunigter Stoffwechsel mit schnellerer Synthese u.a. von Antikörpern allgemeines Krankheitsgefühl u. a. http://www.lsm-verlag.de/produkte/infekte/infoinf.htm, 06.05.10

Konsolidierungs- & Umbauphase Die Entzündungsphase Entzündungsphase 0.-5. Tag … ist die normale Reaktion des Körpers nach Störung der Homöostase durch z. B. Trauma Infektion Wärme / Kälte Säure Training … mit dem Ziel den Schädigungsreiz zu beseitigen dessen Ausbreitung zu unterbinden und ggf. eingetretene Schäden zu reparieren … ist die Basis für die nachfolgende Wundheilung ohne Entzündungsmechanismen keine Wundheilung (PEACOCK 1984) … führt immer zur Erhöhung der Gewebetemperatur Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

Was passiert nach einem Gewebeschaden?

0.-2.Tag = Vaskuläre Phase (1) Entzündungsphase 0.-5. Tag Trauma Rezeptoren melden Störung der Homöostase Freisetzung von Neurotransmitter innerhalb der ersten 3-5 Min. kurzzeitige Durchblutungssenkung Verschluss der verletzten Blutkapillare Blutgerinnung und Blutungsstillstand Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

0.-2.Tag = Vaskuläre Phase (2) Entzündungsphase 0.-5. Tag nach ca. 15-30 Min. Durchblutungssteigerung starke Erweiterung der kleinen Blutgefäße gesteigerte Durchlässigkeit der Gefäßwand O2-Versorgung  Reparatur des Gefäßsystems Abwehr körperfremder Stoffe in den nächsten 24-48 Std. Versorgung des betroffenen Gebiets mit wichtigen Zellen Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

2.-5. Tag = Zellulären Phase Entzündungsphase 0.-5. Tag Eliminierung körperfremder und körpereigener Stoffe durch Zellen der Immunabwehr Makrophagen NK-Zellen T-Zellen Bildung einer Vorstufe des zukünftigen Gewebes Kollagen-Typ III Neubildung von Fibroblasten bzw. Myofibroblaste Einwachsen von Kapillaren Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

Konsequenz für die Behandlung in den ersten 48 Stunden Entzündungsphase 0.-5. Tag Entzündung als natürliche Reaktion des Körpers zur Wiederherstellung der Homöostase Ruhe Entlastung und dosierter Bewegung im Schmerzbereich Einnahme der funktionelle Position „am Besten auf den Körper hören“ keine Verwendung von Eis Kompression aggressiver Mobilisierung schmerz- und entzündungshemmenden Medikamenten Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

Entzündung Verletzung / Trauma Hemmung durch SAID‘s und Entzündungsreaktion Substanz P Histamin Phospholipase A2 (PLA2) Arachidonsäure Cyclooxygenase (COX-1) Prostaglandin G2 (PGG 2) Cyclooxygenase (COX-2) Prostaglandin E2 (PGE 2) !!! steuert >3000 Reaktionen Entzündungssymptome Hemmung durch SAID‘s und Corticosteroide Hemmung durch NSAR: Aspirin Diclofenac Ibuprofen Voltaren Hemmung durch COX2-Hemmer

5.-21. Tag = Proliferationsphase Entzündungsphase 0.-5. Tag Proliferation = Wachstum bzw. Vermehrung von Gewebe Abbau der Zellen der Immunabwehr hohe Aktivität der gewebsaufbauenden Zellen Myofibroblasten Kontraktionsphase = Wundkontraktion Wunde kleiner und stabiler Fibroblasten Synthese von zunächst dünnen und eng aneinanderliegenden Fasern geringe Produktion von Grundsubstanz Gewebe wenig elastisch und nur gering belastbar Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

Konsequenz für die Behandlung in der Proliferationsphase Entzündungsphase 0.-5. Tag hohe Zellaktivität das Gewebe braucht ausreichende metabolische Prozesse Vaskularisation Ausrichtung des neu gebildeten Gewebes Abtransport des verletzten Gewebes gute O2- und Nährstoffversorgung durch Mobilisation mit geringer Belastung unter Berücksichtigung des Schmerzes im geschlossenen System Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

21.-60. Tag = Konsolidierung 60.-360./500. Tag = Umbauphase Entzündungsphase 0.-5. Tag Bildung eines stabiles Netzwerk aus Kollagen und Grundsubstanz Kollagenfasern werden dicker Zunahme von Grundsubstanz Struktur des ursprünglichen Gewebes wird erreicht verbesserte Elastizität erhöhte Belastbarkeit Ende der Phase schwierig zu bestimmen abhängig vom turnover Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

Turn over verschiedener Gewebearten Tage Schleimhaut 1-2 Muskulatur 5 Haut 7-14 (20) Grundsubstanz 2-9 Synovia 21 Knochen 42-70 Kapsel, Bänder & Sehnen 300-500

Konsequenz für die Behandlung in der letzten Phase Entzündungsphase 0.-5. Tag progressive Belastung der Kollagenfasern kraftspezifisch ROM-spezifisch kontraktionsspezifisch geschwindigkeitspezifisch funktional Arbeit tägliche Aktivitäten sportspezifisch ausdauerspezifisch Proliferationsphase 6.-21. Tag Konsolidierungs- & Umbauphase 21.-500 Tage

Immobilisation während der Wundheilung … führt zu schlechtem Gewebe ggf. Bewegungseinschränkungen nur noch geringfügig therapeutisch beeinflussbar je länger die Immobilisation, desto schlechter die Prognose bezüglich der Wiedererlangung normaler physiologischer Beweglichkeit Van den Berg, F.: Angewandte Physiologie. 2. korrigierte Auflage. Stuttgart 1999, S. 50

Konsequenz für die Praxis Was kann / sollte der Übungsleiter/Trainer nach einer Sportverletzung tun? Nichts !!! außer beruhigen ggf. Blutung abdecken Transport organisieren