Funktionsmedizin orientiert sich am Kontinuum von Gesundheit (Funktion) über verschiedene Stufen von Beschwerden und Einschränkungen (Funktionsstörungen) bis hin zu Krankheitsbildern (Funktionskrankheiten), wie sie auch in der internationalen Klassifikation der Funktionsfähigkeit, Behinderung und Gesundheit (ICF) der WHO definiert werden. Die praktische Zielstellung und der gesundheitspolitische Nutzen einer Funktionsmedizin liegt in der Erhaltung von Gesundheit und Leistungsfähigkeit unter Berücksichtigung unterschiedlicher Alters- und Leistungsstufen. Die Analyse und systemische Betrachtung der einzelnen Organfunktionen zur Energiegewinnung und des Informationsaustausches bei der Absicherung der vielfältigen Bewegungsanforderungen schafft eine Grundlage für die Prävention der genannten Problemkreise, wobei im Freizeitbereich die Prophylaxe von Verletzungen durchaus einen zentralen Platz einnimmt [2].

Wir sind der Auffassung, dass auf der Basis eines betont funktionellen Herangehens  

• Präventionsmaßnahmen gezielter entwickelt werden und frühzeitiger eingesetzt werden können,
• zielführendere und standardisiert messbare Parameter zur Diagnose der Funktionsstörungen bereitgestellt werden und,
• um eine hohe Güte der diagnostisch-therapeutischen Leistungen der Therapeuten und detaillierter Kenntnisse bei den Sporttreibenden und ihren Betreuern zu erreichen, ist eine wissenschaftliche Aufklärung und Schulung von Therapeuten und Sporttreibenden im Sinne einer „Motor Function Neuroscience Education“ zu entwickeln.

Die folgenden von einer Arbeitsgruppe Funktionsmedizin aufgestellten Thesen bilden für die  Formulierung der einzelnen Ziele und detaillierten Aufgaben die Richtschnur [3]:

Mechanismen von Funktionsstörungen 

1. Das Bewegungssystem als funktionelles System dient primär der Befriedigung körperlicher und sozialer Bedürf­nisse des Menschen, z. B. Nahrungsaufnahme, Fortpflanzung, Arbeit, Kommunikation (hedonisches System).
2. Die Interaktion mit anderen Funktionssystemen der Energiebereitstellung (Verdauungssystem, Herz-Kreislaufsystem) und des Hormon- und Immunsystems ist die Grundvoraussetzung für eine gute Funktion des Bewegungssystems.
3. Das Zentralnervensystem (ZNS) ist die übergeordnete Regulationsinstanz und selbst hierarchisch aufgebaut. 
4. Funktionsstörungen sind als Abweichung des physiologischen Soll- vom Ist-Zustand (messbare Größen) oder als verstellter Sollwert definiert. 
5. Die muskuläre und arthromuskuläre Balance als Grundlage für den alltäglichen Gebrauch und damit Umsetzung der Teil-Funktionen im Zusammenwirken unterliegt einem multi-
   faktoriellen Bedingungsgefüge und Kontextfaktoren.
6. Einzelne Funktionen sind miteinander verbunden. Sie ergänzen, kompensieren und beeinflussen sich gegenseitig in einem funktionellen System, welches selbstorganisierend ökonomisierend ist. 
7. Wenn eine partielle Funktion im Zusammenwirken mit den anderen Funktionen bei der gemeinsamen Absicherung einer Leistung instabil wird, benötigen die anderen Funktionen eine funktionelle Reagibilität, um zu kompensieren / anpassen zu können. Ist dies nicht mehr möglich, wird es zu einer Ursache für die Wahrnehmung von Schmerz.
8. Bewegungsmangel führt durch fehlende Reize zu einer Verminderung der Reagibilität als Maladaptation. Daraus entwickeln sich eine Reihe von Folgeprozessen, die u. a. mit den nun nicht mehr vom Muskel bei Aktivität freigesetzten Botenstoffen – Myokine zusammenhängen (IL-6, u. a.)
9. Ursachen von Funktionsstörungen jeweils unter Beachtung von Alter, Geschlecht und individueller Konstitution (z. B. Spezialisierung) sind: Bewegungsmangel, Fehl- und Überlastungen, Ermüdung (zentral und / oder peripher), Widerspruch zwischen Belastung und Belastbarkeit, ungenügende konditionelle und koordinative Fähigkeiten
10. Die Überforderung der Kompen­sationsfähigkeit führt zur symptomatischen Funktionsstörung. Einzelne Funktionsstörungen können plötzlich entstehen, wenn Beanspruchungsschwellen überschritten werden – Kipppunkte, Reversibilität ist möglich.
11. Funktionsstörungen bilden sich als pathogenetische Muster mit funktionellen Abweichungen und subjektiven Wahrnehmungen ab; sie führen zu weiterer vermehrter Belastung / Fehlbelastung von Strukturen / Geweben und formieren die Zustände, welche mit erhöhter Verletzungshäufigkeit einhergehen.

Für die geforderte Motor Function Neuroscience Education liegt eine hohe Evidenz der erklärenden wissenschaftlichen Erkenntnisse zum funktionellen System der menschlichen Bewegungskontrolle sowie der klinischen Erkenntnisse aus Rehabilitation, Manueller Medizin und Sportmedizin vor [1, 3].

Sportmedizinische Praxis

Ein besonders herausragendes Beispiel für die Bewegungskontrolle ist der M. popliteus im Bereich des Kniegelenks. 

Er hat für die Sensoren des Kniegelenkes die wichtige Funktion für die Kapselspannung, die Translokationsbewegung und damit für die Sicherung der Gelenkfunktion, vor allem bei exzen­trischen Belastungsformen. Damit erfüllt er eine Verletzungspräventionsfunktion, obwohl er hinsichtlich der Extension und Flexion keine wesentlichen Kraftvektoren entfaltet [4 – 6]. Obwohl M. popliteus in der Beugerloge des Unterschenkels liegt (Abb. 1) , entfaltet er nur eine geringe Beugewirkung ab einer Beugung des Kniegelenkes über 90°. Dabei zieht er schützend das Hinterhorn des lateralen Meniskus nach posterior und caudal. Seine wichtigste Funktion ist jedoch die Innenrotation der Tibia mit Aufhebung der Schlussrotation des Kniegelenkes [6]. Mit diesen Funktionen der Kapselstraffung, der Gelenkkörperzentrierung und der Aufhebung der Schlussrotation hat er wesentliche verletzungspräventive Eigenschaften. 

Kommt es zu Verletzungen des Kreuzbandes (LCA-Ruptur), finden wir im MRT oft auch Läsionen des M. popliteus, welche jedoch häufig weder bei der Bildauswertung noch beim klinischen Befund Beachtung findet (Abb. 2 a – c). Dabei spielt er in der Rehabilitation dieser Verletzung eine entscheidende Rolle, um Re-Rupturen zu vermeiden. Nur durch eine Kokontraktion des M. popliteus kann somit die optimale Gelenkpartnerstellung justiert werden und dies bei jeder Gelenkstellung und jeder Belastung. Seine Kokontraktion ist nur aktiv untersuchbar, alle passiven Untersuchungen der Gelenke geben nur Auskunft zu Bändern, Kapseln, Menisci, einschließlich der Faszien [4].

Literatur

1. Beyer L, Liefring V., Niemier K. und Seidel E. (2023) Funktionsmedizin – Funktion, Störung, Krankheit. Kiener Verlag
2. Beyer L et al. (2015) Präventive manualmedizinische Untersuchung bei Läufern. Manuelle Medizin 2015 DOI 10.1007/s00337-015-1236-3
3. Beyer L. Niemier K. (2018) Funktionsstörungen am Bewegungssystem. Manuelle Medizin 2018 · 56:293–299; https://doi.org/10.1007/s00337-018-0437-y
4. Seidel E. J. (2023) Ko-Kontraktionen – Unverstandene Muskelinteraktionen in Praxis und Sport Sportärztezeitung 4/2023; S. 60 – 63 ISSN 2365-875467
5. Tittel, K.; u. M. Seidel, E.J. (2016)Beschreibende und Funktionelle Anatomie
   Auflage, Kiener-Verlag, 2016; 528 Seiten; ISBN 978-3-943324-72-3
6. Tittel K. (2015) Muscle Slings in Sport – Analysing Movements in Various Disciplines Kiener Verlag München, 1st edition 2015, ISBN 978-3-943324-41

Funktion – Störung –Krankheit
Funktionsmedizin  des Bewegungssystems

» Lothar Beyer, Volker Liefring,  Kay Niemier, Egbert Seidel / ISBN: 9783948442248

Im Sport fokussiert das MMC-Konzept sowohl auf die im Zentralnervensystem (ZNS) ablaufenden Wahrnehmungs-, Bewertungs-, Entscheidungs-, und Planungsprozesse als unabdingbare Voraussetzungen der Auswahl und Bildung motorischer Programme als auch auf die Schärfung des inneren Modells der Bewegung. Das schließt den wechselseitigen Informationsfluss zwischen Gehirn und Muskulatur ebenso ein wie dessen Modulation auf den verschiedenen Stufen der Sensomotorik. Der praktische Ansatz für das sportliche Training ergibt sich aus dem geschlossenen funktionellen System, das dem Verhalten zugrunde liegt und dem inneren Modell der Bewegung entspricht.

Neuropsychologische und -physiologische Untersuchungen zeigen die Ausprägung wechselnder Aktivität in den verschiedenen Hirnstrukturen in Bezug zu den geforderten motorischen oder psychischen Leistungen. Man geht davon aus, dass bei Aktivitätswechsel in verschiedenen Hirnregionen ein Informationsaustausch zwischen diesen Regionen besteht (Aktivitätsmatrix) und diese Regionen in die jeweilige Aufgabe einbezogen sind (z.B. Reizverarbeitung, motorische Aktion). In dieser Aktivitätsmatrix des Gehirns werden in den verschiedenen Phasen des Trainierens die Bestandteile Bewegungsprogramm, Efferenzkopie und Aktionsakzeptor des postulierten “dynamischen System des Verhaltens“ widergespiegelt. Aus trainingsbezogener Sicht ist eine Analyse der MMC nützlich, ausgehend von der Hypothese: „Die bewusste Ausführung von Bewegungen fördert über eine adaptive Aktivierung von Kontroll-, Wahrnehmungs-, Programmierungs- und Steuerungsprozessen das motorische Lernen und die (koordinative) Leistungsentwicklung“.

Im Leistungssport entwickelte sensorbestückte und computergestützte Test- und Trainingsgeräte, welche die geforderten Trainingsbelastungen (Kraft und Kraftdynamik) vorgeben und gleichzeitig die abgegebene Leistung mit den Vorgaben vergleichen, müssten allerdings für den Einsatz im Trainingsbereich zur Verbesserung der Bewegungsleistungen gezielt weiterentwickelt werden.

Den theoretischen Hintergrund solcher Trainingsgeräte bilden biokybernetische Aspekte der Beanspruchung und Vervollkommnung der skelettmotorischen Antriebe, d.h. mit den programmierbaren Geräten wird ein gezielter Input bereitgestellt. Über eine visuelle Rückkopplung der erreichten Zielparameter kann der Sportler während des Trainings seine Koordinationsleistung, die gleichzeitig mit und hinter der konditionellen Leistung abläuft, kontrollieren und anpassen. Aus neurophysiologischer Sicht wird über diesen Input die Afferenz für das tiefere Bewusstmachen und der Ausbildung des inneren Models der motorischen Bewegung (motor pattern), sowohl als kinematisches Muster als auch als neurophysiologische Matrix, erzeugt.

Schlussfolgerungen werden in zwei Ebenen gezogen:

• Aufzeigen und Nutzung von messbaren Merkmalen des Trainingszustandes eines Sportlers (Güte der Koordination, die auch Grundlage für Kraft und Schnelligkeit ist), die unmittelbar mit der Qualität der Koordination zusammenhängen und auf deren Basis er selbst und der Trainer die Auswirkung der Trainingsbelastung auf das zentralnervale Funktionsniveau und die Bewegungsqualität einschätzen kann.
• Entwicklung und Verbesserung von Konzepten des funktionellen Trainings unter Nutzung der MMC, die verstärkt das Bewusstsein des Athleten in die Ausführung der Trainingsbewegungen lenken. Für die Trainingssteuerung ist der allgemeine Aktivierungszustand zu kontrollieren (z. B. Messung der Flimmerverschmelzungsfrequenz, Tapping, Muskelerregbarkeit).

 “Mind – Muscle – Connection” – wie gelingt die Aktivierung körpereigener Kompetenzen

Das Konzept “Mind – Muscle – Connection“ (MMC) wurde im Sport in den letzten Jahren zur Verbesserung von Bewegungsleistungen erkannt. Welches sind die neuen Erkenntnisse und praktischen Ansätze, die sich aus den Wechselbeziehungen zwischen Zentralnervensystem (ZNS) und den Muskelleistungen ergeben und die wir als MMC bezeichnen, die über ein weiteres Geschäftsmodell der Fitness- und Wellnessindustrie hinausgehen und eine Anwendung im Bereich des sportlichen Trainings zielführend erscheinen lassen?

Insbesondere Trainer und Physiotherapeuten sprechen in den letzten Jahren begeistert von: MMC. Aus den zugehörigen Beschreibungen ist wenig ersichtlich, ob es sich dabei um ein theoretisches Konzept oder eine neue praktische Methode im Verlaufe des Trainings bzw. zur Leistungssteigerung handelt. Erwähnte Zielstellungen in Verbindung mit Aspekten der MMC sind: „Grenzen überwinden“, „über sich selbst hinauswachsen“, „Lebensbegeisterung und Energie spüren“, „effektiverer Workout“, „Fitness und Flow erleben“, „unterschätztes Werkzeug der Fähigkeit des Geistes“, „Förderung von Muskelwachstum“, „Verbesserung von Kraft- und Leistungssteigerung“, „Körper- und Eigenwahrnehmung“. Publikationen zu Studien in den genannten Feldern sind spärlich und fast ausschließlich auf Krafttraining ausgerichtet [1, 2].

Trotzdem zeigen die meist einzeln formulierten Zielstellungen, dass sich Nutzer des MMC-Konzeptes der Bedeutung des bewussten Handels, dem bewussten Ausführen von Bewegungen im Training und Wettkampf und der damit verbundenen Aktivierung körpereigener Kräfte für eine Leistungssteigerung, bewusst sind.

Nach einer kurzen Darstellung des Verständnisses von Neuro- und Psychophysiologen zur MMC soll dargestellt werden, welche konkreten Ansätze und Maßnahmen im Sinne einer Umsetzung des MMC-Konzeptes im Leistungstraining schon vorhanden sind und wo Entwicklungsbedarf besteht.

Wir gehen dabei analytisch von den folgenden hypothetischen Grundsätzen aus:

Die bewusste Ausführung von Bewegungen fördert über eine adaptive Aktivierung von Kontroll-, Wahrnehmungs-, Programmierungs- und Steuerungsprozessen der MMC das motorische Lernen und die (koordinative) Leistungsentwicklung.

In der Sportforschung haben sich für die Beschreibung motorischer Koordinationsvorgänge die prozess- und fähigkeitsorientierte Betrachtung etabliert [3]. Wenn es gelingt Merkmale zu differenzieren, werden koordinative Fähigkeiten messbar.

Bewegungskoordination gilt als wichtige motorische Fähigkeit, die für alle Sportarten relevant ist. Nach Hirtz [4] sind die 5 fundamentalen koordinativen Fähigkeiten (KF) die kinästhetische (sensorische) Differenzierungsfähigkeit, die Gleichgewichtsfähigkeit, die Rhythmusfähigkeit, sowie die komplexe Reaktionsfähigkeit und die räumliche Orientierungsfähigkeit. Diese Fähigkeiten können weiter differenziert werden, wenn man psychomotorische und sportpraktische Aspekte berücksichtigt. Unabhängig davon, ob man hier „allgemeine“ oder „spezifische“ KF betrachtet oder, ob es sich dabei um körper- oder gerätebezogene Gewandtheit handelt, geht es um die Fähigkeit „Raum-, Zeit- und Kraftparameter genau zu differenzieren“ [5]. Es muss betont werden, dass auch die konditionellen Fähigkeiten durch die KF maßgeblich bedingt sind, wenn sichergestellt ist, dass die energetische Seite abgesichert ist. Der Muskel (die Muskulatur) selbst, als der zweite Partner der MMC, fungiert als der „skelettmotorischer Antrieb“ [6, 7], anatomisch in einzelne Muskeln untergliedert, für unsere vielfältigen Bewegungen (und Haltungen). Für das menschliche Handeln, sind funktionell nicht einzelne Muskeln zuständig, sondern sie bilden aktive Ensemble, aktiv für ein konkretes Handlungsziel, dessen Teile sich systematisch (melodisch) und koordiniert kontrahieren oder erschlaffen.

Angelehnt an Thies und Schnabel [8, S. 19]: Kondition ist eine Komponente des Leistungszustandes, die primär auf dem Zusammenwirken energetischer Prozesse des Organismus und der Muskulatur basiert. Sie zeigt sich als Kraftfähigkeit(Schnellkraft, Maximalkraft, Kraftausdauer, Reaktivkraft), Schnelligkeitsfähigkeit (Reaktionsschnelligkeit, Bewegungsschnelligkeit, Beschleunigungsfähigkeit), Ausdauerfähigkeit (Kurzzeit-, Mittel-zeit-, Langzeitausdauer) und Beweglichkeit (Gelenkbeweglichkeit, Dehnungsfähigkeit) im Zusammenhang mit den für diese Fähigkeiten erforderlichen psychischen Eigenschaften.

Schnelligkeit ist nur bedingt den konditionellen Fähigkeiten zuzuordnen, da ihre Verursachung nur teilweise energetisch ist [9, S. 147]. Sie beruht maßgeblich auf zentralnervalen Steuerungs- und Kontrollprozessen und hat komplexe Ursachen: Beweglichkeit der Nervenprozesse, Fähigkeit, auf Reize optimal zu regieren, technisches Leistungsvermögen (Bewegungserfahrung), Fähigkeit, hohe Kraftbildungsgeschwindigkeit in der Muskulatur zu entwickeln, Schnelligkeitstalent. Genauer betrachtet ist Schnelligkeit Beschleunigung. Beschleunigung ist wiederum intra- und intermuskuläre Koordination, abhängig von der von den Motoneuronen erzeugten Folge von Aktionspotentialen (zeitliche und räumliche Summation der von jedem Aktionspotential hervorgerufenen Einzelzuckung). Diese Prozesse unterliegen auch einer zentralnervalen Ermüdung und sind damit als KF auch eine Voraussetzung für Ausdauer; bei Muskelermüdung werden die zentralnervalen Aktivierungsmuster geändert, um über den Einsatz von Hilfsmuskeln das Ermüdungsdefizit zu kompensieren. Damit können wir einführend schlussfolgern:

• Ein Mittelpunkt des MMC-Konzeptes ist der untrennbare Zusammenhang zwischen den KF und konditionellen Fähigkeiten, die alle sportartspezifischen Fertigkeiten betreffen.
• KF sind die Grundlage für Beschleunigung und wiederholte Beschleunigung und somit für Kraft (Schnellkraft, Maximalkraft und Ausdauer (Rhythmus, Halte).
• Eine Umsetzung des MMC-Konzepts im Sport erfordert ein Zusammenfügen der Erfahrungen aus Trainingswissenschaft, Psychologie und Neurophysiologie.

„Die Tragfähigkeit des Ansatzes koordinativer Fähigkeiten wird in der Trainingswissenschaft ab den 1980er-Jahren bis zum heutigen Tag zunehmend in Frage gestellt“ [10, S. 7]. Das ist möglicherweise auf eine zu starke Theoretisierung der mit KF verbundenen Unterbegriffe oder einer zu starken Aufsplitterung der sportartspezifischen KF zurückzuführen. Es scheint eine Kluft zwischen den physiologischen Grundlagen der KF und der fokussierten sportartspezifischen Sicht auf die KF entstanden zu sein, die nach einer verstärkten interdisziplinären Betrachtung der KF ruft, wie sie auch in der Formulierung von Hirtz [11] enthalten ist: „Charakteristisch für die koordinativen Fähigkeiten ist die Einheit aus Wahrnehmung („perception“) und motorischer Realisierung („action“)“. [11], so auch im aufkommenden MMC-Konzept zu verstehen.

Mind – unser motorisches Bewusstsein

MMC wird meist unübersetzt als ein eigenständiger Begriff verwendet. Als häufig verwendete Übersetzung finden wir „Geist – Muskel – Verbindung“ auch „Geist – Körper – Verbindung“. Für das englische „mind“ könnte im Deutschen neben „Geist“ auch „Seele“ und/oder „Verstand“ stehen. Die Encyclopedia Britannica erklärt „mind“ als mentale Besonderheit, mentale Eigenschaft, als das „Bewusstsein“ sowie Emotionen, Stimmungen, Glaube, Hoffnung, Furcht, Wachsein [12]. In diesem Sinne kann „mind“ mit jeglicher “menschlichen Aktivität“ verbunden sein und als das menschliche Verhalten bzw. als die neuronalen Prozesse des ZNS, die diesem Verhalten zugrunde liegen, verstanden werden. Während sich Philosophen schon seit Jahrtausenden mit dem Dualismus Körper – Geist auseinandersetzen, sind es neuerdings Neurophysiologen und Neuropsychologen, die mit modernen Untersuchungsmethoden sich den funktionellen Abläufen im Gehirn während der Auseinandersetzung des menschlichen Individuums mit der ihn umgebenden Welt widmen. Der praktische Ansatz für die Trainingswissenschaft ergibt sich aus dem geschlossenen funktionellen System, das dem Verhalten zugrunde liegt (Abb. 1).

Neuropsychologen betrachten die in diesem System ablaufenden und an das Gehirn gebundenen Prozesse als einen Kreislauf von Reiz – Wahrnehmung – Gefühlen/Gedanken – Entscheidung – Aktion (motorisches Programm) – reafferente Wahrnehmung, der durch die Aktion ausgelösten Reize aus der veränderten inneren und äußeren Umwelt. Durch die ständige Erweiterung ihres Bewegungsrepertoires – ihrer Handlungen – kamen unsere Vorfahren zu bewertendem und planend-vorausschauendem Denken. Es besteht eine Wechselwirkung der Verarbeitung von Reizen (Veränderung in der Umwelt), deren kurzfristige Speicherung und den Rückkopplungen der durch das eigene Handeln ausgelösten Informationsflüsse zum ZNS.

Neben den Informationsfüssen sind kurzfristige Speicherung von Rezeptionen und Aktivitätsänderungen im Prozess der Entscheidung, Planung und Ausführung einer Aktion die neurophysiologischen Voraussetzungen für unser Bewusstsein und Handeln.

Buson et al. [13] schlagen vor, dass die einzeln postulierten Vorgänge eines episodischen Gedächtnisses und die damit verbundenen anderen Systeme des sensorischen, Arbeits- und semantischen Gedächtnisses als Ganzes betrachtet werden sollen, die zusammen das Phänomen des Bewusstseins (memory theory of consciousness) hervorrufen. Die an die Funktion des Zentralnervensystems gebundenen Prozesse der Reizzusammenführung, ihrer Analyse und differenzierten Wahrnehmung, die damit verbundenen Prozesse der Gedächtnisbildung als Ausdruck der Plastizität des ZNS und die daraus hervorgehenden Phänomene der Wertung, Emotion, Motivation, Prädiktion, Entscheidung, Planung und Programmierung der motorischen Handlung werden mit verschiedenen Paradigmen untersucht, von denen die am meisten angewendeten wohl die Wahrnehmung von Schmerz [14], die autonome und verhaltensabhängige Anpassung von Kognition und Motivation [15]) sowie die Analyse funktioneller neurologischer Störungen [16] sind. Diese Untersuchungen zeigen und beschreiben die Ausprägung wechselnder Aktivität in den verschiedenen Hirnstrukturen in Bezug zu den im jeweiligen Experiment geforderten motorischen oder psychischen Leistungen. Man geht davon aus, dass bei gleichzeitigem Aktivitätswechsel in verschiedenen Regionen ein Informationsaustausch zwischen diesen Regionen besteht und diese in die entsprechende Aufgabe einbezogen sind (z.B. Schmerzverarbeitung, Emotion, motorische Aktion). Die Gemeinsamkeiten different beteiligter Hirnstrukturen werden als eine dreidimensionale Matrix der Aktivitäten und Verbindungen abgebildet, die die zugrundeliegenden neuronalen Leistungen widerspiegelt, u.a. auch die Steuerung und Kontrolle der Skelettmotorik. Voon [16] schlussfolgert, dass die Untersuchungsergebnisse zu diesen Aktivierungsherden (Matrix) nahelegen, „dass die regionalen Aktivitätsänderungen die dem Bewusstsein zugrundeliegenden Vorgänge vermitteln“:

• die emotionale Verarbeitung, die Regulation und das Bewusstsein (perigenual anterior cingulate Cortex/ ventromedialer präfrontaler Kortex, Insula, Amygdala),
• die kognitive Kontrolle“ (dorsolateraler präfrontaler Kortex, dorsaler anteriorer cingulärer Kortex, inferiorer Frontalgyrus),
• die selbstreferenzielle Verarbeitung (temporoparietale Verbindung/posterior cingulärer Cortex/Precuneus) und
• die motorische Planung (suplementärer Motorkortex) [17, 20].

Zentgraf et al. [18] formulieren in einer Ergebniszusammenfassung eines multidisziplinären Symposiums (s. Progress in Brain Research, Vol 174), welches neurophysiologische Forschung zur bildlichen Vorstellung, Entscheidungsfindung, motorischen Kontrolle und Aktionsdurchführung aus unterschiedlicher Perspektive diskutierte: „Im Wesentlichen zeigen die meisten Ergebnisse die Notwendigkeit, serielle Rahmenbedingungen der Informationsverarbeitung aufzugeben, die ein schrittweises Muster von der Wahrnehmung, Bewertung und Auswahl bis zur Ausführung vorschlagen“. Johnson et al. [19] bemängeln, dass Erkenntnisse aus den angewandten Wissenschaften wie z.B. der Trainingswissenschaft, die praktische Aspekte des bewussten Handelns zum Gegenstand haben, bisher nur wenig in ihre Untersuchungsparadigmen eingebunden wurden.

Zur Überwindung der bis Mitte des vorigen Jahrhunderts vorherrschenden Reflextheorie formulierte Anochin [20, 21] die Theorie des „dynamischen funktionellen System des Verhaltens“ (FSV). Die von ihm für dieses System postulierten Bestandteile „Bewegungsprogramm, Efferenzkopie, Aktionsakzeptor“ spiegeln in der neurophysiologischen Aktivitätsmatrix unseres Gehirns unserer Tätigkeit wider (Abb. 2). Die einzelnen Begriffe sind heute allgemein anerkannt und kennzeichnen zeitweilige prozessbezogene „funktionelle Organe“ des ZNS. Sie sind an die oben beschriebenen Hirnstrukturen gebunden, werden aber funktionell entsprechend den jeweiligen Aufgaben zeitweilig funktionell zusammengeschaltet und sind dementsprechend aktiv. Aus psychologischer Sicht ist diese Aktivitätsmatrix das Äquivalent – das innere Abbild (Modell) – des Verhaltens bzw. des nach außen realisierten Bewegungsmusters. In diesem System, in dieser Matrix, in diesen funktionellen Organen des ZNS vollzieht sich der Informationsfluss im Sinne der MMC. Der neurophysiologische Tatbestand ist, dass die Verbindungen der Nervenzellen im Gehirn so viele Freiheitsgrade haben, dass ihre Anzahl durch Systembildung eingeschränkt werden muss, was mit den sportphysiologischen Erkenntnissen von Bernstein [22] übereinstimmt. Befinden sich alle an einer Bewegung beteiligten Gewebe und Funktionen in einem guten physiologischen Zustand, bestehen viele Freiheitsgrade für das Erreichen eines optimalen sportartspezifischen Bewegungsresultates. Bernstein [22] geht von einem durch viele Beobachtungen belegtem „elektiven Verhalten der motorischen Peripherie gegenüber eingehenden Impulsen von der Hirnrinde“ aus und schreibt der motorischen Peripherie „eine aktive, filtrierende Rolle (Neuromodulation) gegenüber den eintreffenden Impulsen und eine klare Bedingtheit dieser Aktivität durch das afferente Informationsfeld“ zu. Die in der Bewegung enthaltenen Muskelaktivitäten und der durch das Bewegungsprogramm hervorgerufene Informationsfluss sind wesentliche Bestandteile der Relation Mind – Muskel.

Wenn wir nach Ansätzen zur Vervollkommnung von Bewegungsleistungen oder Beseitigung von Funktionsstörungen (oft verbunden mit Schmerzen) suchen, kann eine Analyse der MMC nützlich sein, ausgehend von der Hypothese:

„Die bewusste Ausführung von Bewegungen fördert über eine adaptive Aktivierung von Kontroll-, Wahrnehmungs-, Programmierungs- und Steuerungsprozessen das motorische Lernen und die (koordinative) Leistungsentwicklung“.

Es ist anerkannt, dass sich das innere Modell der Bewegung durch ständiges wiederholendes Üben vervollkommnet, neuronale Verbindungen effektiver und Rückkopplungskreise präziser werden, aber das Finetuning der inter- und intramuskulären Koordination der bewussten Vorstellung von der Bewegung und ihrer bewussten Ausführung bedarf.

Kleinste aktive, auch bewusst ansteuerbare Einheiten sind die motorischen Einheiten, ein spinales Motoneuron mit einer bestimmten Anzahl Muskelfasern. Mehr oder weniger, diesen Einheiten zugeordnet, verfügt ein Muskel über so genannte Propriosensoren, welche die aktuelle Kontraktion bzw. Dehnung proportional und deren Änderung differential über die Muskellänge messen und diese afferent als Bahnen des Eigenreflexes rückkoppeln, primär spinal und darüber hinaus bis zum sensorischen Kortex. Da sich bei jeder Muskelkontraktion auch Gewebe zu einander verschieben (Gelenkstrukturen, Faszien, Sehnen u.a.) und diese Strukturen ebenfalls Sensoren enthalten, die auf Druck, Zug oder Scherung reagieren, vervollkommnen diese die bewegungsevozierte Rückmeldung über die spinale Ebene zu den höheren Zentren des ZNS – bekannt als Rückkopplungskreise der dynamischen und statischen Eigen- und Fremdreflexe.

Die spinalen monosynaptischen Eigenreflexe sind an jeder Willkürbewegung unbewusst beteiligt, da sie wesentlich die Wirkung der Gravitationskraft ausbalancieren. Sie unterliegen einer Modulation unter Beteiligung von Interneuronen durch die Afferenzen der anderen Sensoren und durch Bahnen des absteigenden aktivierenden Systems, welches die höheren Halte- und Stellreflexe vermittelt und auch unter Einfluss der mit Motivation und Emotion in Verbindung gebrachten Großhirnareale stehen. Es gibt auch motorische Systeme, die eingeengt auf spezifische Aufgaben der Okulomotorik, des Kauens und der Atmung den gleichen Aufbau aufweisen, wie in Abb. 2 dargestellt.

Das dynamische motorische System berücksichtigt neben den spezifischen sensorischen Afferenzen auch die von diesen abzweigenden kollateralen Bahnen, die ihre Spezifik verloren haben, aber das zentralnervale Aktivierungsniveau (Vigilanz) und die die emotionale Bewertung wesentlich beeinflussen.

Aus heutiger Sicht kann man feststellen: Die theoretische Formulierung der im „funktionellen System“ enthaltenen Vorstellungen bilden eine konzeptionelle Brücke zwischen den Beobachtungen bei den sportartspezifischen Bewegungsanforderungen und den Ergebnissen subtiler analytischer neurophysiologischer und neuropsychologischer Experimente.

Bestandteile des Systems

• Das ZNS als Entscheider, Programmbildner, Kontrolleur und Regler empfängt als Information die komplette Afferenz von den Sensoren aus dem Bewegungssystem, aus dem Körper und über die Sinnesorgane aus der Umwelt.
• Direkte afferente Bahnen vermitteln Information zu Qualität, Stärke, Topik und Dauer der Reize, eingeschaltet sind verschiedene neuronale Mechanismen, so z.B. zur Kontrastverschärfung. Die Afferenzen der aktuellen Situation beinhalten nicht nur den bzw. die triggernden Reize, sondern auch alle Nebenreize (Afferenzsynthese), die mit der Erfahrung und dem Zustand der Motivation verglichen werden und damit Motivation und das Aktionsziel beeinflussen.
• Die differenzierte und wertende Wahrnehmung erfolgt als Afferenzsynthese in den Kernen der jeweiligen Bahnen und in der Großhirnrinde.
• Von den afferenten Kollaterale Information zu verschiedenen Abschnitten des ZNS verteilt, die auch Informationen aus dem vegetativen Nervensystem und hormonelle Rückkopplungen erhalten und Verbindung zum limbischen System und zum präfrontalen Kortex haben.
• Hier wird die aktuelle Information mit gespeicherter Information (Gedächtnis, Erfahrung) und dem Bedürfnis des Gesamtorganismus (inneres Milieu, Motivation) verglichen. Das motorische Gedächtnis bezieht sich auf angeborene und erlernte Bewegungsstrategien und Bewegungsroutinen.
• Die Motivation beruht neben dem Zustand des inneren Milieus und der allgemeinen Aktivierung auf individuellen und sozialen Beweggründen, welche die Willenskraft beeinflussen, gleichzeitig aber die für das Aktivwerden nötige Kompetenz erfordern.

Unser bisheriges Wissen über den Aufbau und die Funktion unseres Gehirns lassen den Schluss zu, dass Reizaufnahme, Wahrnehmung, Engrammbildung, Prädiktion, Entscheidung, Zielsetzung und Handlung auf das Engste miteinander verknüpft sind. Ihnen liegen die gleichen elementaren, neuralzellulären Mechanismen und die Beteilung quasi aller Hirnstrukturen zugrunde – programmierend, modulierend, kontrollierend, systembildend.

Aus der phylogenetischen Entwicklung der einzelnen Hirnstrukturen ergibt sich ihr funktionell hierarchischer Aufbau und ihre ständige funktionelle Verknüpfung in unter- und übergeordneten rückkoppelnden Kontrollkreisen. Aus der wechselnden Stärke des Informationsaustausches zwischen den different beteiligten Hirnstrukturen ergibt sich eine dreidimensionale Matrix der (motorischen) Aktivität, die die Steuerung und Kontrolle der Skelettmotorik (skelettmotorische Antriebe) widerspiegelt, entsprechend der neuropsychologischen Teilprozesse als auch der postulierten „funktionellen Organe“ der Programmbildung, Efferenzkopie, Aktionsakzeptor.

Durch Wiederholen gleicher Bewegungsabläufe – in einem Prozess des motorischen Lernens – verbessert sich nicht nur das Ergebnis der Bewegung (Kinematik, koordinative und damit verbundene konditionelle Merkmale), sondern es vervollkommnen sich auch die Abläufe in den Organen des funktionellen Systems (Optimierung im Sinne einer Ökonomisierung des energetischen Aufwandes) bzw. das innere Modell in diesem Lernprozess. Auch das ist eine Ökonomisierung, denn Synapsen werden effektiver, die Informationsübertragung beschleunigt sich, Engramme werden gefestigt, Prädiktion wird möglich und die Freiheitsgrade für die Programmbildung erweitern sich. Zusammenfassend verbessert sich die sportartspezifische koordinative Leistung.

Für die Erklärungsmodelle zum Bewegungslernen besteht damit aus unterschiedlicher wissenschaftlicher Perspektive Übereinstimmung. Auf Einzelheiten kann hier nicht eingegangen werden. Trainingswissenschaft, Psychologie und teilweise auch Neurophysiologie arbeiten mit dem Konzept des inneren Modells der Bewegung. Daraus ergeben sich die

• Notwendigkeit der Einschätzung und Überwachung essenzieller Parameter der Ausbildung des inneren Modells und die
• Forderung nach Ableitung und Entwicklung von Methoden zur Ausbildung des inneren Modells, die schon frühzeitig (nicht erst bei den Kadern) eingesetzt werden sollten.

So wird von Golle et al. [10] aufgrund der Analyse zum Koordinationstraining im Leistungssport geschlussfolgert, dass „… unabhängig vom koordinativen Anforderungsprofil der Sportart ein allgemeines akzentuiertes Koordinationstraining als ganzjährig begleitender Trainingsinhalt im Nachwuchsbereich“ erfolgen muss.

Die Dynamik innerhalb der Aktivitätsmatrix, die dem inneren Modell einer motorischen Aufgabe entspricht, widerspiegelt nicht nur die geplanten Bewegungsparameter, sondern auch deren Grad bewusster und automatisierter Bewegungsanteile bzw. des gesamten Bewegungsablaufes.

Nach diesen neurophysiologischen und theoretischen Erörterungen zu den Grundlagen der MMC mit dem Fokus auf bewusste Bewegungskontrolle soll nun auf daraus ableitbare Ansätze für die Praxis im Leistungstraining bzw. auch in der Rehabilitation gestörter Bewegungen eingegangen werden.

Ansätze für die Praxis im Leistungstraining und der Rehabilitation gestörter Bewegungen

Sandbakk et al. [23] analysieren: „Es ist schwierig, sich im Training auf qualitative Daten zu verlassen aufgrund ihres interpretativen Charakters. Subjektive Wahrnehmungen der Trainingsqualität können unvorhersehbar sein. Eine hohe Trainingsqualität kann nur direkt vom Athleten erreicht werden.“ Also wird nach Möglichkeiten gesucht, die den Athleten in die Lage versetzen, seinen bewussten Einfluss auf die Verbesserung seiner Leistung zu erhöhen und diese auf hohem Niveau zu halten. Fortschritte gibt es dabei mit dem in letzter Zeit aufkommendem „funktionellen Training“, das aber noch sehr uneinheitlich aufgefasst wird und somit auch uneinheitlich realisiert wird [24, 25].

Erstens, ist es notwendig, nach qualitativen Merkmalen des Trainingszustandes und der aktuellen Bewegungsleistung des Sportlers zu suchen, auf deren Basis er selbst und der Trainer die Auswirkung der Trainingsbelastung auf das zentralnervale Funktionsniveau einschätzen kann, um danach die Belastung zu steuern. Dazu gehört auch das Messbarmachen von Merkmalen der KF, um diese dem Bewusstsein stärker zugänglich zu machen. Damit können die hauptsächlich zur Trainingssteuerung eingesetzten Assessments mit den üblichen, leicht messbaren Parametern der Kraft und Geschwindigkeit eine qualitative Ergänzung finden. Kraft und Schnelligkeit fußen auf KF, was bisher nur unterschwellig beachtet wurde; Geschwindigkeit – eigentlich Beschleunigung(!), wie auch Kraft sind ein Ergebnis intra- und intermuskulärer Koordination.

Die bewusste Auseinandersetzung mit den eigenen Bewegungen, die Wahrnehmung des eigenen Körpers und seiner handlungsinhärenten Veränderungen ist eng mit dem allgemeinen Aktivierungsgrad verbunden, und damit mit einer Aktivierung und Verstärkung der MMC als Optimierung des Informationsflusses und damit der koordinativen sportlichen Leistungen.

Auf den aktuellen Aktivierungszustand [26] zur Trainingssteuerung wurde von uns bereits hingewiesen [27, 28]. Leider sind die dafür nutzbaren Methoden in den letzten Jahren nicht weiterentwickelt worden und daher ihr Einsatz zurückgegangen: EEG, Flimmerverschmelzungsfrequenz, Tapping, Tracking, Reizschwelle u.a.

Zweitens sind Konzepte zu verbessern bzw. zu entwickeln, bei denen das Bewusstsein des Athleten konzentriert in die Ausführung der sportartspezifischen und Trainingsbewegungen einbezogen wird. Bekannt sind z.B. die Verbalisierung des Bewegungsablaufes, das bewusste mentale Vorstellen und Durchspüren des Bewegungsablaufes, welche den Informationsfluss der zentralnervalen Aktivitätsmatrix und MMC optimieren können. Wir schlagen vor, dass die Möglichkeiten weiterentwickelt werden, die es gestatten bzw. sogar erzwingen, eine ganze Bewegung oder Teilbewegungen bewusst auszuführen, den koordinationsbedingten Erfolg zu messen und zurück zu koppeln.

Biokybernetischer Ansatz zur Optimierung der MMC

Aus der Biokybernetik entliehene Erfahrungen können nützlich sein und eine bewusste Bewegungsausführung, als Schulung von KF mit einer variablen Palette von Freiheitsgraden, an entsprechend konzipierten Trainingsgeräten durch programmierte Anforderung erzwungen werden. Durch das bewusste Variieren der Bewegungsabläufe werden die Freiheitsgrade (bewusste Variabilität) erhöht, da bisherige Studienergebnisse vermuten lassen, dass Kraftvariablen möglicherweise von größerer Bedeutung für die Verbesserung der funktionellen Leistung sein können [24]. Es sei betont, dass dies alle im Training eingesetzten Bewegungen betrifft, ganz gleich ob es um sportartspezifische Leistungen oder z.B. „nur“ um ein Athletiktraining geht. Es gibt auch im Training viele Momente, die von einer bewussten Ausführung der Bewegung ablenken, diese Momente sollten minimiert werden.

Die menschliche Bewegung ist eine Integration von Kraft und Beschleunigung (Schnelligkeit), die meist intuitiv gewählt wird oder vom Trainingskonzept (teils rigid) vorgegeben wird. Die Muskulatur passt sich physiologisch an diese verschiedenen Bedingungen an und ein Spektrum verschiedener Muskelfasern hat sich entwickelt mit unterschiedlichen, biochemischen und kontraktilen Eigenschaften und mit den zugehörigen nervalen Verschaltungen der spinalen und supraspinalen Neuromodulation. Muskeln und ihre komplexe sensomotorische Kontrolle als Informationsflüsse in den MMC entwickeln und adaptieren sich individuell entsprechend ihrer spezifischen Beanspruchung. Entsprechend der Beanspruchung und der Optimierung der Lernprozesse ergibt sich das Niveau der individuellen Leistungsfähigkeit.

In den Kampfsportarten wurde in der DDR die Reaktion der sensomotorischen Systeme der Skelettmotorik auf definierte Belastungen (ihre Funktionalität) getestet und trainiert. Die Geräte wurden später in der Rehabilitation und Forschung eingesetzt. [6, 29, 30] Hierfür wurden sensorbestückte und computergestützte Test- und Trainingsgeräte entwickelt, welche die geforderten Trainingsbelastungen vorgaben und gleichzeitig die abgegebene reaktive Leistung mit den Vorgaben vergleichen konnten. Den theoretischen Hintergrund solcher Trainingsgeräte bilden biokybernetische Aspekte der Beanspruchung und Vervollkommnung der skelettmotorischen Antriebe [30]. Das Konzept realisiert und kombiniert in Einheit Test- und Trainingsgerät, wie sie zunehmend auch in Fitness-Trainingsgeräten realisiert werden. Gemessen werden konditionelle Leistungen und KF als Basis für die unmittelbar anschließende, auf Vervollkommnung der motorischen Kontrolle ausgerichteten, funktionellen Trainingsprogramme, in denen konditionelle Ziele mit koordinativen Aspekten gekoppelt werden. Defacto handelt es sich um computerbasierte Trainingsgeräte, die als Ansatz so genannte „Trackingverfahren“ (technisch: Folge-Regel-Verfahren) beinhalten [6, 7, 29, 31-33].

Bei diesen Verfahren wird das eigene motorische Folgeverhalten in Abhängigkeit von definierten, optisch vorgegebenen Signalen (Führungsfunktion), beurteilt (Abb. 3), d.h., diese Verfahren stellen die Grundstruktur eines auf SOLL-IST-Vergleich arbeitenden Systems dar und sind primär durch die visuell-motorische Informationsumsetzung (Übertragungsverhalten) determiniert [33]. Diagnostizierbar ist die Ausprägung der KF durch den SOLL-IST-Vergleich.

Regelkreisstruktur bei der Untersuchung des sensomotorischen Übertragungsverhaltens sowie beim Training koordinativer Fähigkeiten [29, 33] x(t) Vorgabefunktion als Test oder Trainingsanforderung; y(t) erreichtes fortlaufendes Ergebnis rückgekoppelt auf den Monitor: Regler ist das ZNS; Regelstrecke erbringt die Leistung als Kraft oder Amplitude / Zeit – erfasst über Sensoren am Gerät.

Aufgrund des sensorisch regulierten Feedbacks unterscheidet man zwischen „ballistischen“ und „geführten“ Bewegungen [21, 34]. Pickenhain et al. [35] folgend sollen für relativ schnelle ballistische Bewegungen das Kleinhirn und für relativ langsame Zielbewegungen die Basalganglien verantwortlich sein. Dementsprechend lassen sich Vorgabefunktionen mit unterschiedlich hohen geregelten bzw. gesteuerten Anteilen differenzieren.

Unabhängig von der Vielzahl der Variationen wurden für sportdiagnostische Fragestellungen vorwiegend Vorgabefunktionen verwendet, die sich dem Grundtyp der Sprungfunktionen, Sinusfunktionen und stochastischen Funktionen und damit ballistischen, regelmäßig geführten und unregelmäßig geführten Bewegungsanforderungen zuordnen lassen [33]. Sinusfunktionen können diskret mit konstanter Frequenz und Amplitude oder „gewobbelt“ als linear ansteigende Frequenz mit konstanter Amplitude dargeboten werden; sie haben einen regelmäßigen Verlauf und sind damit vorhersehbar. Stochastische Funktionen sind durch sich ständig ändernde Frequenz und Amplitude gekennzeichnet und haben damit einen unvorhersehbaren Verlauf.

Das sensomotorische Folgeverhalten kann mit den Merkmalen Bewegungsschnelligkeit und
-genauigkeit beurteilt werden. Die Quantifizierung des Übertragungsverhaltens kann im Zeit- oder Frequenzbereich (Spektralbereich) erfolgen, wobei nur im Frequenzbereich eine Differenzierung zwischen räumlicher (Amplitudenabweichung) und zeitlicher Bewegungsgenauigkeit (Phasenverschiebung) möglich ist. Hinzu kommt der sog. „Rauschanteil“, der über eine Kohärenzfunktion geschätzt wird, d.h. die Kohärenzfunktion beschreibt den Grad der linearen „Übereinstimmung“ zwischen Bewegungsanforderung und realisierter Bewegungsleistung. Damit schätzt die Kohärenzfunktion den Gültigkeitsbereich von Amplituden- und Phasengang für einen definierten Frequenzbereich und kann Werte zwischen 0 (kein Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangssignal) und 1 (im System besteht kein „Rauschen“) annehmen. „Grenzfrequenzen“ gelten in diesem Kontext als Merkmal der Bewegungsschnelligkeit [33].

Diskussion und Folgerungen

Das MMC-Konzept beinhaltet sowohl die Beachtung der im ZNS ablaufenden Wahrnehmungs-, Bewertungs-, Planungs- und motorischen Programmierungsprozesse wie auch den wechselseitigen Informationsfluss zwischen Gehirn und Muskulatur und seine Neuromodulation. Deshalb befassen sich damit verschiedene Wissenschaftsdisziplinen: Neuropsychologie, Neurophysiologie, Rehabilitationsmediziner und Trainingswissenschaftler.

Aus der Analyse physiologischer Grundlagen der MMC können Thesen für die praktische Anwendung des motorischen Bewegungslernens abgeleitet werden.

Die bewusste Ausführung von Bewegungen fördert über eine adaptive Aktivierung von Kontroll-, Wahrnehmungs-, Programmierungs- und Steuerungsprozessen das motorische Bewegungslernen und die (koordinative) Leistungsentwicklung. Neuropsychologische und neurophysiologische Untersuchungen beschreiben die Ausprägung wechselnder Aktivität in den verschiedenen Hirnstrukturen in Bezug zu den im Experiment geforderten motorischen oder psychischen Leistungen

Unsere Hypothese: „Die bewusste Ausführung von Bewegungen fördert über eine adaptive Aktivierung von Kontroll-, Wahrnehmungs-, Programmierungs- und Steuerungsprozessen das motorische Lernen und die (koordinative) Leistungsentwicklung.“ Der innerhalb der MMC fließende afferente und efferente Informationsaustausch wird auf spinaler Ebene neuromoduliert, ein Prozess, der ebenfalls unter Kontrolle des ZNS steht.

Schlussfolgerungen werden in zwei Ebenen gezogen:

1. Es erscheint notwendig, nach qualitativen Merkmalen des Trainingszustandes des Sportlers zu suchen, auf deren Basis er selbst und der Trainer die Auswirkung der Trainingsbelastung auf das zentralnervale Funktionsniveau einschätzen kann. Entsprechende Tests wurden bzw. werden bereits auch in der Trainingsteuerung eingesetzt, sind aber neu zu evaluieren.
2. Im Sinne des funktionellen Trainings und unter Nutzung der MMC sind Konzepte zu verbessern bzw. zu entwickeln, die das Bewusstsein des Athleten in die Ausführung der Trainingsbewegungen lenken. Die bewusste Auseinandersetzung mit den eigenen Bewegungen, die Wahrnehmung des eigenen Körpers und seiner Veränderungen führen zu einer Aktivierung der MMC. Für die Diagnostik KF haben Trackingverfahren (Folgeverhaltens-Tests) einen besonderen Stellenwert, weil die eigene konkrete Bewegungsleistung (Folgeverhalten) Analogieschlüsse auf die Leistungsfähigkeit des sensomotorischen Systems und damit auf die zugrundeliegenden KF ermöglicht.

Im Leistungssport entwickelte und später in der Rehabilitation eingesetzte sensorbestückte und computergestützte Test- und Trainingsgeräte, welche die geforderten Trainingsbelastungen vorgeben und gleichzeitig die abgegebene reaktive Leistung mit den Vorgaben vergleichen, harren weiteren gezielten Einsatzes und der Weiterentwicklung. Den theoretischen Hintergrund solcher Trainingsgeräte bilden biokybernetische Aspekte der Beanspruchung und Vervollkommnung der skeletmotorischen Antriebe. Über eine visuelle Rückkopplung der erreichten Zielparameter kann der Sportler so laufend seine Koordinationsleistung, die gleichzeitig mit und hinter der konditionellen Leistung abläuft, kontrollieren und anpassen. Das biokybernetische Konzept stellt mit den programmierbaren Geräten einen gezielten Input bereit.

Sowohl die vorliegende Studienlage als auch die aufgestellten Hypothesen verlangen eine weitere vertiefte Auseinandersetzung mit den verschiedenen Aspekten der MMC und ihrer Nutzung in Sport und Rehabilitation. Dazu ist eine verstärkte interdisziplinäre Arbeit erforderlich.

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Veröffentlicht 10.06.2023

Functional thinking has attracted attention in clinical medicine, for example, via the International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF), with the description of the interaction between damage to body structures and functions, the impairment of activities and participation and their contextual factors. With the growing use of equipment in medicine, orthopaedists, sports medicine specialists and manual medicine practitioners are reverting to a function-based perspective as, for example, in a basic model for the diagnosis and treatment of non-specific back pain [2].  

Functional Thinking

There has been a growing shift towards functional training in sports since the beginning of the century. This term introduces different training aspects specifically geared to the particular discipline of the athlete: use of body posture, body weight as resistance, training on unstable surfaces, specific targeting of stabilising muscles, development of proprioceptive capacity. Training and treatment measures referred to as neurophysiological also underpin functional thinking. While not neglecting strength and technique training, the aim is to continuously train skills on a broader basis, for example when carrying out multidimensional movements [3]. In general, “functional training is often defined as training that seeks to integrate the situational needs and limitations of real activities into the training environment in order to improve the effectiveness of the training” [4]. “Sports scientists and trainers should implement long-term training strategies that promote maximum muscle strength in the required context of the particular sport/event” [5]. Physiologically, this means speci­fically developing muscle strength in sensorimotor patterns typical for the particular sport. Functional training seeks to take the process of developing motor skills to the next level. This process needs to be shortened and made controllable and adaptable within the limits of specific time intervals in order to establish scientifically sound prognoses and to allow a better resolution of knowledge-based training tasks. In other words, it is about developing a technology to work out an “internal motor model” that ensures a noticeable acceleration of the motor learning process. 

The sportärztezeitung has already published a presentation of the functional system of behaviour (P. K. Anochin) [5, 6] as a cyclical sensorimotor feedback loop, with an emphasis on the reafference of the targeted movement outcome to the CNS and with the programme-forming and controlling units of the CNS [7] that can also be seen as a cybernetic model for the refinement of skills and capacities, as it combines the required control and feedback loops with one another (03/19 issue) [8]. This cybernetic approach first developed in physics and technology has now been transferred to biological and physiological functions and their optimisation and/or disorder. This makes it possible, indeed necessary, for the training researcher to analyse, present and implement into functional training the individual components in the motor system – feedback loops, sensors, regulators, actuators, effectors – as well as the type of information transmission (nerve impulses, messenger substances) and the movement parameters for optimising and expanding the control of the sports-specific motor patterns that determine performance.

Structures, Processes, States and outcomes

In a biocybernetic training model, movement is understood as the sensorimotor control and adaptation of the motor system in the centre of action outcomes. The motor system is under­stood to be all those structures, processes, states and outcomes associated with movement and posture [9]. The motor system generates reflex, rhythmical and voluntary movements that are highly individual. People can be recognised by their typical movements: gait, writing, musical identity of a violinist, elegance of a female gymnast. Functional training means also making active use of the individuality of the motor system to develop high performance. Normally, an athlete’s performance is characte­rised on the basis of their conditional and coordinative capacities. In most cases, it is the conditional rather than the coordinative capacities that are used to control training as they are considered to be readily measurable. The generated reflex, rhythmical and voluntary movement/movement components are all also the basis of the conditional capacities of strength, speed (in functional terms, actually acceleration) and endurance; they are under the constant control of the central nervous system. 

Active movement in the form of motor performance uses all the physiological resources of our body into which all functions are integrated for execution and coordination. Physiologically, this results in an interaction between  a “resource space” and the “function space” (Fig. 1), the individual functions – solution of physiological tasks – proceeding on different levels from the micro (cells) to the macro (individual/society) and being interlinked in a hierarchy both at one level and across different levels. [10]

• The resource space is understood to be the processes involved in gas exchange, digestion and metabolism (phosphagen, aerobic, anaerobic)
• The motor function space consists of the sensorimotor system (incl. perception, motivation and memory)
• The resource space allows the degree of freedom in the function space to be expanded
• The function space expands the resource space quantitatively and qualitatively

From this we deduce:

• use of the function determines the structure (form/matrix),
• anything that can be controlled is available.

The regenerative and function-conditioning potencies in the structures of the sensorimotor system can be specifically activated by loading, resulting in the achievement of both performance-enhancing and therapeutic effects. Dose-­dependent and adapted to the individual development of coordinative-conditional capacities, function-oriented training measures can also be used to develop specific sports performance standards. Effective loading depends also in functional performance training on generating loads that can be readily dosed and controlled, particularly controlled coordination loading. The effect is based on the finding that sensorimotor systems are able to develop learning strategies in order to optimise their systemic behaviour task-specifically. In this way, both movement visualisation as an “instructive internal model” and the motor programme as an “operational internal model” are realised. The optimisation and development of muscular output is considered as fundamental to the successful performance of sports activities. Much research has been carried out into methods to improve output and how this can be applied to sports performance. One issue that makes it difficult to compare the various studies is the use of different dynamometric methods (isometric, isokinetic and isoinertial) to measure strength and power [12]. It is an acknowledged fact that isokinetic and isometric assessment have little in common with the accelerating/decelerating movement that is fundamental to any movement. Human movement inte­grates power and acceleration (speed), which is usually selected intuitively. The muscles have adapted physiologically to these different conditions and developed a range of different muscle fibres with different biochemical and contractile properties and with the related neural interconnections of spinal neuromodulation. Muscles and their sensorimotor control develop and adapt individually in accordance with their specific loading – with a resulting increase or decrease in performance.

Sensor-Equipped and computer-based test and training equipment (CTT)

Dosing in training regimes is rarely based on currently diagnosed conditional capacity. Little attention is paid to the functional adaptation process taking place behind the coordinative capacities associated with strength and speed training. While it is true that sports medicine-based training methods have sophisticated sports-specific concepts to increase conditional capacities, these are also often one-sidedly directed towards specific performance standards (jumping power, explosive power, power endurance, aerobic endurance, acrobatics). It is only in a few cases that functional training, recently also known as neurocentric training, is directed towards improving coordination and the sensory afferences involved. The response of the sensorimotor systems of the skeletal motor system to defined loadings of their functionality was tested and trained in the martial arts in the former East Germany. A prerequisite for the concepts described below was the close collaboration of the Biomechanics, Neurophysiology and Sports Medicine Departments, which all had research laboratories next to each other at the Performance Diagnostics Hall. The regular performance tests monitored not only energy performance parameters but also neurophysiological activation capacity parameters as the basis of coordinative performance. In this context, mental training was also developed for specific use in various technical sports. Sensor-equipped and computer-based test and training equipment (CTT) for defined sensorimotor loads was developed and built in Leipzig. With this equipment it was possible to specify the required training loads and simultaneously compare actual performance with that specified. The theoretical background to such training equipment is based on neurophysiological and cybernetic aspects of the loading and refinement of skeletal motor stimulation (SMS). This equipment system has continued to be developed up to the present day under clinical and both sports health and training methodological aspects into a cybernetic concept that is now known as biofeedback motor control. The concept realises and combines test and training equipment in one unit. Measurements are taken of conditional performance and coordinative capacities as a basis for the functional training programme that immediately follows based on these measurements and is directed at the refinement of motor control, but without neglecting the parameter of condition. Sometimes the equipment was built in such a way that it allowed the realisation of the required motor patterns, such as a simulated wrestling throw, also to be disrupted by unforeseen opposing forces, thus taking on the character of a combat robot. Here as well it is the aspect of the cognisance and the variability of the motor patterns that is at the forefront. This is an aspect that has also been transferred to military movement patterns (flight manoeuvres). The person training receives feedback via a monitor on the target parameters achieved and thus can continuously control and adapt their coordination performance, which simultaneously proceeds with and behind the conditional performance – the movement visualisation and motor programme are trained and consolidated. The equipment concept realises several components that complement one another (trunk, upper, lower extremities) and, compared with traditional fitness equipment, combine several of their components [11]. The biocybernetic concept provides targeted input with programmable equipment.  

The person training is given the input as an input function on a monitor, in the form of a jump function or as a sine function with variable amplitudes and frequencies. This “template function” is to be followed by the person training on the equipment as a dynamic change in their strength and acceleration. For this, they are shown their “subsequent function” (as measured by the relevant sensors in the equipment) on a monitor, allowing them to compare this to the “template function” and make the necessary changes to correct any deviations.” The evaluation of the difference between the specifi­cation and subsequent function allows objectively measurable parameters of the current coordinative capacity to be determined, which directly serve to objectify performance and control training. From a neurophysiological perspective, the afference for cognisance and for forming an engram of the motor pattern is generated via the input both as a kinematic model and as a neurophysiological matrix. 

Focus on the motor pattern with no mobile and earphones

Loading contains quantitatively energetic and qualitatively coordinative components which the trainer can provide in various forms and individually adapt via the equipment software depending on the target set and the specific design and composition of the individual target components. In functional strength training, the SMS to be trained and conditioned are subjected to readily reproducible loads. Note: “functional strength training should be organised on the principles of the motor learning process, as the intended modification of the motor behaviour of the SMS integrated into the training is the outcome of a motor learning process”. This is made possible by the standard performance features of the equipment system:

• generally unlimited design/programming of the exercise structure
• precise load dosing
• generation of readily reproducible loading profiles
• control of training via online biofeedback methods
• documentation and storage of the subject’s personal data
• display of outcomes, documentation and archiving
• assurance and control of the reproducibility of the loading structure.

A core element of the concept is inte­grating the conscious behaviour of the person training into the training movements, which is enforced on the cybernetically based equipment by the specification and, once adaptively trained, can be transferred to other training components. This means in reality that even with pure strength training and even explosive power training the focus should be fully on the precise sports-specific motor pattern, i.e. with no mobile and earphones. The conscious varying of the motor patterns increases the degree of freedom (conscious variability), since previous study results suggest that strength variables may be of major importance for the improvement of functional performance [11]. The many skills formulated in sports methodology ultimately depend on the refinement of coordinative performance, while not underestimating the mental and social aspects. The control and regulation processes underlying the well-established sports motor skills limit themselves in the course of the motor learning process to the lower neuronal centres of the hierarchically organised sensorimotor subsystems. Thus a stage of automated and unconscious execu­tion of the movement is reached, which, however, does not mean that it cannot be recalled into consciousness, e. g. in a conscious analysis after the execution of the movement. As the performance and loading levels of the energy and sensorimotor processes are subject to physiological fluctuations and/or are affected by mental processes and social relations and are reflected in them, it is essential to constantly reinforce the establishment of the internal model of the motor skill through cognisance – conscious execution. The more often and the more systematically, the better. This is perhaps comparable to endurance training where every now and again the person training stops training for the last ten minutes, in which case they might as well dispense with the whole training unit. Hence the requirement above  not to listen to music during strength training, as strength training should also be coordinative training that promotes the development of the internal motor model via awareness.  

Conclusions for clinical practice

A more pronounced system-theoretical approach to the refinement of conditional and coordinative capacities should also be risked in established strength and explosive power training regimes. Ultimately, cognisance of the movement and formation of the engram of the motor pattern also help reduce the risk of injury. The cybernetic approaches related to high performance training also fully apply to “conditioning” in health training and in rehabilitation, irrespective of age. More cybernetic thinking in elite sport should lead to the system-oriented design of training equipment and/or the greater integration of what is available. Last but not least, there should once again be more active research into coordinative capacities, as they underlie both the large (virtually infinite) number of skills and conditional capacities. Old, established parameters (tracking, tapping, tetanus fusion frequency, flicker fusion and much more besides) should be used again and new parameters for the objective demonstration of the individuality of sensory and motor function mentioned to begin with should be reviewed.

Dr. sc. nat. Georg Blümel from Leipzig (BfMC GmbH)  co-authored the article.

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[12] John Cronin J and Sleivert G   (2005) Challenges in Understanding the Influence of Maximal Power Training on Improving Athletic Performance. Sports Med 2005; 35 (3): 213 – 234 review article 0112-1642/05/0003-0213/$34.95/0  

Veröffentlicht 17.11.2022

In der klinischen Medizin hat funktionelles Denken z. B. über die „Internationale Klassifikation der Funktionsfähigkeit“ (ICF) Beachtung gefunden, indem die Wechselwirkung zwischen Schädigungen der Körperstrukturen und Funktionen, der Beeinträchtigung von Aktivitäten und Teilhabe und deren Kontextfaktoren beschrieben werden. Gegenüber einer zunehmenden Gerätemedizin wenden sich Orthopäden, Sportärzte und Manualmediziner wieder einer funktionsorientierten Sicht zu, z. B. in einem Grundlagenmodell für die Diagnostik und Therapie unspezifischer Rückenschmerzen [2]. 

Funktionelles Denken

Im Sport wird sich seit Beginn unseres Jahrhunderts vermehrt auf ein so genanntes „funktionelles Training“ orientiert. Unter dieser Bezeichnung werden unterschiedliche, zweckorientiert auf die Sportart des Athleten abgestimmte, Trainingsaspekte eingeführt: Nutzung der Körperhaltung, Körpergewicht als Widerstand, Training auf instabilen Oberflächen, Muskeln mit Stabilisierungsfunktion speziell ansprechen, Aufbau propriozeptiver Fähigkeiten. Auch die mit „neurophysiologisch“ bezeichneten Trainings- und Therapiemaßnahmen untermauern funktionelles Denken. Es geht dabei darum, ohne das Kraft- und Techniktraining zu vernachlässigen, auch Fertigkeiten in einem breiteren Maße ständig zu trainieren, z. B. in der Ausführung multidimensionaler Bewegungen [3]. Allgemein wird „funktionelles Training oft als Training definiert, das darauf abzielt, die situa­tiven Bedürfnisse und Einschränkungen realer Aktivitäten in die Trainingsumgebung einzubringen, um die Trainings­effektivität zu verbessern“ [4]. „Sportwissenschaftler und Trainer sollten langfristige Trainingsstrategien implementieren, die die größtmögliche Muskelkraft im erforderlichen Kontext der jeweiligen Sportart/Veranstaltung fördern“ [5]. Physiologisch betrachtet bedeutet dies, die Muskelkraft spezifisch im Rahmen sportarttypischer sensomotorischer Muster zu entwickeln. Funktionelles Training zielt darauf, den Entwicklungsprozess der Bewegungs­fertig­keiten von einer Qualifikationsstufe in eine andere Qualifikationsstufe zu überführen. Es ist notwendig, diesen Prozess zu verkürzen und in gewissen Intervallgrenzen steuer- und regelbar zu machen, um wissenschaftlich begründete Prognosen aufstellen und trainingswissenschaftliche Aufgaben besser lösen zu können. Mit anderen Worten: es ist eine Technologie zur Erarbeitung des „inneren Bewegungs­modells“ zu entwickeln, die eine spürbare Beschleunigung des motorischen Lernprozesses gewährleistet. 

In der sportärztezeitung erfolgte bereits eine Vorstellung des „funktionellen Systems des Verhaltens nach P.K. Anochin“ [5, 6] als zyklischer sensomotorischer Regelkreis mit Betonung der Reafferenz des erzielten Bewegungsresultates zum ZNS sowie mit den programmbildenden und kontrollierenden Einheiten des ZNS [7], welches auch als ein „kybernetisches Modell“ für die Vervollkommnung von Fähigkeiten und Fertigkeiten gesehen werden kann, da es die dafür notwendigen Kontroll- und Regelkreise miteinander verbindet (Ausgabe 03/19) [8]. Die als „kybernetisch“ ursprünglich in der Physik und Technik entwickelte Denkweise ist inzwischen auf biologische und physiologische Funktionen und deren Optimierung bzw. Störungen übertragen worden. Für den Trainingswissenschaftler ergibt sich daraus die Möglichkeit, ja, die Notwendigkeit, die einzelnen Bestandteile im Bewegungssystem – Regelkreises, Sensor, Regler, Stellglieder, Effektor – sowie die Art der Informationsübertragung (Nervenimpulse, Botenstoffe) und die Messgrößen aus der Bewegung für die Optimierung und Erweiterung der Kontrolle sportartspezifischer leistungs­bestimmender Bewegungsabläufe zu analysieren,  darzustellen und in einem funktionellen Training umzusetzen.

Strukturen, Prozesse, Zustände und Resultate

Ein biokybernetisches Trainingsmodell versteht die Bewegung als sensomotorische Kontroll- und Adaptationsleistung des Bewegungssystems im Zentrum von Handlungsresultaten. Unter Bewegungssystem verstehen wir die Gesamtheit jener mit Bewegungs- und Haltungsaktivität verbundenen Strukturen, Prozesse, Zustände und Resultate [9]. Das Bewegungssystem generiert reflektorische, rhythmische und willkürliche Bewegungen, die im hohen Maße Individualität aufweisen. Personen lassen sich anhand ihrer typischen Bewegungen erkennen: Gang, Schrift, musika­lische Identität eines Geigers, Eleganz einer Turnerin. Funktionelles Training bedeutet, auch die Individualität des Bewegungssystems als Vorteil zur Ausprägung hoher Leistungen zu nutzen. Üblicherweise charakterisiert man die Leistungsfähigkeit eines Sportlers anhand seiner konditionellen und koordinativen Fähigkeiten. Die konditionellen Fähigkeiten werden dabei aufgrund ihrer vermeintlich guten Messbarkeit meist bevorzugt in die Trainingssteuerung eingesetzt, bevorzugt gegenüber den koordinativen Fähigkeiten. Die erzeugten reflektorischen, rhythmischen und willkürlichen Bewegungen bzw. Bewegungskomponenten sind alle auch Grundlage der konditionellen Fähigkeiten Kraft, Schnelligkeit (unter funktionellem Aspekt eigentlich „Beschleunigung“!) und Ausdauer, sie stehen unter permanenter Kontrolle des Zentralnervensystems. 

Die aktive Bewegung als motorische Leistung nutzt die gesamten physio­logischen Ressourcen unseres Körpers, in die alle Funktionen ausführend und koordiniert einbezogen sind. Damit ergibt sich physiologisch ein Zusammenwirken eines „Ressourcenraumes“ mit dem „ Funktionsraum“ (Abb. 1), wobei die einzelnen Funktionen – Lösung physiologischer Aufgaben – auf den verschiedenen Ebenen von Mikro (Zelle) bis Makro  (Mensch/ Gesellschaft) verlaufen und sowohl in einer Ebene als auch über die verschiedenen Ebenen hinweg untereinander hierarchisch verknüpft sind [10]

• Unter Ressourcenraum verstehen wir die Abläufe des Gasaustausches, der Verdauung, des Stoffwechsels (phosphogen, aerob, anaerob)
• Der motorische Funktionsraum besteht aus der Sensomotorik (inkl. Wahrnehmung, Motivation und Gedächtnis)
• Der Ressourcenraum ermöglicht die Erweiterung der Freiheitsgrade im Funktionsraum
• Der Funktionsraum erweitert quantitativ und qualitativ den Ressourcenraum

Daraus entnehmen wir:

• Die Nutzung der Funktion bestimmt die Struktur (Form/Matrix),
• was kontrollierbar ist verfügbar

Die regenerativen und funktionskon­ditionierenden Potenzen in den Strukturen des sensomotorischen Systems können durch Beanspruchungen gezielt aktiviert und damit sowohl leistungssteigernde als auch therapeutische Effekte erzielt werden. Dosierungsabhängig und der individuellen Ausprägung der koordinativ-konditionellen Fähigkeiten angepasst, können funktionsorientierte Trainingsmaßnahmen auch zur Entwicklung spezieller sportlicher Leistungsnormen eingesetzt werden. Auch im funktionellen Leistungstraining ist eine effektive Beanspruchung von der Erzeugung gut dosierbarer und gut kontrollierbaren Beanspruchungen abhängig, insbesondere auch von der kontrollierten Beanspruchung der Koordination. Die Wirkung beruht auf der Erkenntnis: Die sensomotorischen Systeme sind fähig, Lernstrategien zu entwickeln, um ihr Systemverhalten aufgabenspezifisch zu optimieren. Dabei vervollkommnet sich sowohl die Bewegungsvorstellung als „instruktives inneres Modell“ als auch das Bewegungsprogramm als „operatives inneres Modell“. Die Optimierung und Entwicklung muskulärer Leistungsabgabe gilt als grundlegend für die erfolgreiche Durchführung sportlicher Aktivitäten. Viele Forschungen haben Methoden untersucht, um die Leistungsabgabe und deren Übertragung auf sportliche Leistung zu verbessern. Ein Problem, das Vergleiche zwischen Studien schwierig macht, sind die verschiedenen Modi der Dynamometrie (isometrische, isokinetische und isoinertial) zur Messung von Stärke und Kraft [12]. Es ist anerkannt: isokinetische und isometrische Beurteilung haben wenig Ähnlichkeit mit der beschleunigenden / entschleunigenden Bewegung, wie sie Grundlage jeder Bewegung sind. Die menschliche Bewegung ist eine Integration von Kraft und Beschleunigung (Schnelligkeit), die meist intuitiv gewählt wird. Die Muskulatur hat sich physiologisch an diese verschiedenen Bedingungen angepasst und ein Spektrum verschiedener Muskelfasern entwickelt mit unterschiedlichen, biochemischen und kontraktilen Eigenschaften und mit den zugehörigen nervalen Verschaltungen der spinalen Neuromodulation. Muskeln und ihre sensomotorische Kontrolle entwickeln sich und adaptieren individuell entsprechend ihrer spezifischen Beanspruchung, – entsprechend ergibt sich eine höhere oder verringerte Leistungsfähigkeit.

Sensorbestückte und computergestützte Test- und Trainingsgeräte (CTT)

Dosierungen in Trainingsregimen basieren kaum auf begründeter, aktuell diagnostizierter konditioneller Fähigkeit. Der funktionelle Anpassungsverlauf hinter den mit Kraft- und Schnelligkeitstraining verbundenen koordinativen Fähigkeiten wird wenig verfolgt. Die sportmedizinisch gestützte Trainingsmethodik besitzt zwar ausgefeilte sportartspezifische Konzepte zur Erhöhung der konditionellen Fähigkeiten, aber diese sind ebenfalls oft einseitig auf spezielle Leistungsnormen ausgerichtet (Sprungkraft, Schnellkraft, Kraftausdauer, aerobe Ausdauer, Akrobatik). Nur in wenigen Fällen erfolgt ein funktionelles Training, neuerdings auch als „neurozentriertes Training“ bezeichnet, ausgerichtet auf Verbesserung der Koordination und der einbezogenen Sinnesafferenzen. In den Kampfsportarten wurde in der DDR die Reaktion der sensomotorischen Systeme der Skelettmotorik auf definierte Belastungen ihrer Funktionalität getestet und trainiert. Eine Voraussetzung für die im Folgenden beschriebenen Konzepte war die enge kooperative Zusammenarbeit von Biomechanik, Neurophysiologie und Sportmedizin, deren Forschungslabore sich unmittelbar nebeneinander an der Halle zur Leistungsdiagnostik befanden. Die regelmäßigen Leistungstests überwachten nicht nur energetische Leistungsparameter, sondern auch Parameter der neurophysiologischen Aktivierungsfähigkeit, als Basis koordinativer Leistungen. In diesem Zusammenhang wurde auch das mentale Training zum spezifischen Einsatz in verschiedenen technischen Sportarten entwickelt. Für definierte sensomotorische Belastungen wurden sensorbestückte und computergestützte Test- und Trainingsgeräte (CTT) in Leipzig entwickelt und gebaut. Diese Geräte konnten die geforderten Trainingsbelastungen vorgeben und gleichzeitig die abgegebene reaktive Leistung mit den Vorgaben vergleichen. Den theoretischen Hintergrund solcher Trainingsgeräte bilden neurophysiologische und kybernetische Aspekte der Beanspruchung und Vervollkommnung der skelettmotorischen Antriebe (SMA). Dieses Gerätesystem wurde bis heute unter klinischen und gesundheitssportlichen sowie trainingsmethodischen Aspekten zu einem kybernetischen Konzept weiterentwickelt und mit dem Namen „Biofeedback Motor Control“ versehen. Das Konzept realisiert und kombiniert in Einheit Test- und Trainingsgerät. Gemessen werden konditionelle Leistungen und koordinative Fähigkeiten als Basis für das unmittelbar anschließende, darauf beruhende, auf Vervollkommnung der motorischen Kontrolle ausgerichtete funktionelle Trainingsprogramm, ohne dabei die Parameter der Kondition zu vernachlässigen. Teilweise waren die Geräte so konstruiert, dass die Realisierung der geforderten Bewegungsabläufe, wie z. B. eine simulierte Wurfbewegung des Ringens, zusätzlich durch unvorhergesehene Gegenkräfte gestört werden konnte und so den Charakter eines „Kampfroboters“ erhielt. Auch hier im Vordergrund der Aspekt des Bewusstmachens und die Variabilität der Bewegungsabläufe. Ein Aspekt, der auch auf militärische Bewegungsabläufe (Flugmanöver) übertragen wurde. Der Trainierende erhält über einen Monitor Rückkopplung über die erreichten Zielparameter und kann so laufend seine Koordinationsleistung, die gleichzeitig mit und hinter der konditionellen Leistung abläuft, kontrollieren und anpassen, – Bewegungsvorstellung und Bewegungsprogramm werden geschult und gefestigt. Das Gerätekonzept realisiert mehrere Komponenten, die sich ergänzen (Rumpf, obere, untere Extremitäten) und im Vergleich mit üblichen Fitnessgeräten, mehrere derer Komponenten beinhalten [11]. Das biokybernetische Konzept stellt mit den programmierbaren Geräten einen gezielten Input bereit.  

Der Trainierende erhält den Input als Eingangsfunktion auf einem Monitor vorgegeben, in Form einer Sprungfunktion oder als Sinusfunktion mit variierbaren Amplituden und Frequenzen. Diese „Vorgabefunktion“ ist vom Trainierenden am Gerät als dynamische Kraft- und Beschleunigungsänderung zu realisieren, indem er die vom entsprechenden Sensor am Gerät auf­genommene „Folgefunktion“ auf dem Monitor präsentiert bekommt, diese mit der Vorgabefunktion vergleicht und Abweichungen korrigiert. Die Auswertung der Differenz zwischen Vorgabe- und Folgefunktion ermöglicht objektiv messbare Parameter der aktuellen koordinativen Fähigkeit zu ermitteln, die unmittelbar der Leistungsobjektivierung und Trainingssteuerung dienen. Aus neurophysiologischer Sicht wird über den Input die Afferenz für das Bewusstmachen und für die Engrammbildung der motorischen Bewegungsmuster (motor pattern), sowohl als kinematisches Muster als auch als neurophysiologische Matrix, erzeugt. 

Konzentration auf den Bewegungsablauf ohne Handy und ohne Kopfhörer

Die Beanspruchung enthält quantitativ-energetische und qualitativ-koordinative Komponenten, die der Trainer über die Gerätesoftware in Abhängigkeit von der Zielstellung und der speziellen Gestaltung und Zusammensetzung der einzelnen Zielkomponenten in vielfältiger Form, individuell anpassbar bereitstellen kann. Im Rahmen eines funktionellen Krafttrainings erfolgt die Beaufschlagung der zu trainierenden, zu konditionierenden SMA mit gut reproduzierbaren Belastungen. Zu beachten: „das funktionelle Krafttraining ist nach den Prinzipien eines motorischen Lernprozesses zu organisieren, denn die beabsichtigte Veränderung des motorischen Verhaltens der in das Training einbezogenen SMA ist das Ergebnis eines motorischen Lernprozesses.“ Dies wird möglich durch die standardmäßigen Leistungen des Gerätesystems:

Weitgehend beliebige Gestaltung bzw. Programmierung der
Übungsstruktur

• Exakte Dosierung der Belastung
• Erzeugung gut reproduzierbarer Belastungsprofile
• Steuerung des Trainings über Online-Biofeedback-Methoden
• Dokumentation und Speicherung der persönlichen Daten des Probanden
• Anzeige von Ergebnissen, Dokumentation und Archivierung
• Sicherung und Kontrolle der Reproduzierbarkeit der Belastungsstruktur

Ein Kern des Konzeptes ist die Ein­beziehung bewussten Verhaltens des Trainierenden in die Ausführung der Trainingsbewegungen, die an den kybernetisch fundierten Geräten durch die Anforderung erzwungen wird und, wenn dann adaptiv ausgebildet, auf andere Trainingskomponenten übertragen werden kann. Das bedeutet für die Realität, dass auch bei reinem „Krafttraining“ oder auch bei „Schnellkrafttraining“ volle Konzentration auf den genauen sportartspezifisch bezogenen Bewegungsablauf gefordert wird, also ohne Handy und ohne Kopfhörer. Durch das bewusste Variieren der Bewegungsabläufe werden die Freiheitsgrade (bewusste Variabilität) erhöht, da bisherige Studienergebnisse vermuten lassen, dass Kraftvariablen möglicherweise von größerer Bedeutung für die Verbesserung der funktionellen Leistung sein können [11]. Die vielen in der Sportmethodik formulierten Fertigkeiten sind letztlich auch von der Vervollkommnung koordinativer Leistungen abhängig, ohne die psychischen  und sozialen Aspekte zu unterschätzen. Die den gut gefestigten sportmotorischen Fertigkeiten zugrundeliegenden Steuer- und Regelprozesse beschränken sich im Laufe des motorischen Lernprozesses auf die niederen neuronalen Zentren der hierarchisch organisierten sensomotorischen Teilsysteme. Sie erreichen so ein Stadium der automatisierten und unbewussten Ausführung, was aber nicht bedeutet, dass diese nicht ins Bewusstsein gerufen werden können, z. B. in einer bewussten Analyse nach der Bewegungsausführung. Da das Leistungs- und Beanspruchungsniveau der beteiligten energetischen und sensomotorischen Prozesse physiologischen Schwankungen unterliegt bzw. durch psychische Prozesse und soziale Beziehungen beeinflusst wird und sich in diesen widerspiegelt, ist die Festigung des inneren Modells der Bewegungsfertigkeit immer wieder durch „Bewusstmachen“ – bewusste Ausführung  – zu schärfen. Je öfter und konsequenter umso besser. Vielleicht ist das vergleichbar mit einem Ausdauertraining, bei dem der Trainierende die letzten zehn Minuten ab und zu weglässt, de facto kann er dann auf die ganze Trainingseinheit verzichten. Daher die obige Forderung nach Verzicht auf Musikhören beim Krafttraining, da ja Krafttraining auch ein koordinatives Training sein soll, welches über das Bewusstsein den Aufbau des inneren Bewegungsmodells befördert. 

Folgerungen für die Praxis

Ein stärkerer systemtheoretischer Blick auf die Vervollkommnung konditioneller und koordinativer Fähigkeiten sollte auch in etablierten Regimen von Kraft- und Schnellkrafttraining riskiert werden. Letztlich hilft das Bewusstmachen der Bewegung und der Engrammbildung der motorischen Bewegungsmuster auch, das Verletzungsrisiko zu senken. Die auf das Hochleistungstraining bezogenen kybernetischen Ansätze gelten im vollen Umfange auch für das so genannte „Konditionieren“ im Gesundheitstraining und in der Rehabilitation ohne Unterschied von Altersklassen. Vermehrtes kybernetisches Denken im Leistungssport sollte zu systemorientiert konzipierten Trainingsgeräten führen bzw. Vorhandenes stärker einbeziehen. Nicht zuletzt ist die Forschung gefragt, bezüglich der koordinativen Fähigkeiten wieder stärker aktiv zu werden, da sie der großen (quasi unend­lichen) Zahl von Fertigkeiten wie auch den konditionellen Fähigkeiten zugrunde liegen. Alte bewährte Parameter (Tracking, Tapping, Tetanusverschmelzungsfrequenz, flicker fusion u.v.a) sollten wieder aufgegriffen werden, neue Parameter für die Objektivierung der eingangs erwähnte Individualität der Sensorik und Motorik abgecheckt werden.

Als Co-Autor hat Dr. sc. nat. Georg Blümel aus Leipzig (BfMC GmbH) an dem Artikel mitgearbeitet.

Literatur

[1] Tittel K. (1956) Beschreibende und funktionelle Anatomie. G. Fischer; 2016 in 16. überarbeiteten Auflage Kiener-Verlag

[2] Liefring V. Vinzelberg S, Seidel B, Beyer L (2020) Von der Funktionsstörung zur Funktionserkrankung – Ein Modell als Grundlage für die Diagnostik und Therapie von Rückenschmerzen. Deutscher Ärzteverlag | OUP | Orthopädische und Unfallchirurgische Praxis | 2020; 9 (5)

[3] Boyle M (2012) Fortschritte im Funktionell Training. rita-Verlag München

[4]  Ives JC and Shelley GA. Psychophysics in functional strength and power training: Review and implementation framework. J Strength Cond Res 17: 177–186, 2003.

[5]  Suchomel TJ et al. (2016) The Importance of Muscular Strength in Athletic Performance. Sports Med DOI 10.1007/s40279-016-0486-0 

[6]  Anochin PK (Anokhin). 1964. Systemogenesis  as a general regulator of brain development. s.l.: Progress in brain research. Vol 9: 54-86, 1964.

[7] Beyer L. (2019) Funktionelle Reagibilität – Grundlage optimalen Trainings und hoher sportlicher Leistungen. sportärztezeitung 03/2019, 51-52

[8] Bernstein NA (1956) Bewegungsphysiologie. JA Barth

[9] Pol R, Hristovski R, Medina D, Balague N. 2019. From microscopic to macroscopic sports injuries. Applying the complex dynamic systems approach to sports medicine: a narrative review. Br J Sports Med. 2019, Bde. 53: 1214-1220 DOI 10.1136/bjsports-2016-097395.

[10] http://www.bfmc.info/eng/index.php?cs=1 (Abruf zuletzt 22.08.22)

[11]  John Cronin J and Sleivert G (2005) Challenges in Understanding the Influence of Maximal Power Training on Improving Athletic Performance.   Sports Med 2005; 35 (3): 213-234 review  article 0112-1642/05/0003-0213/$34.95/0

Veröffentlicht 30.09.2022

Im Gesundheitsbericht des RKI zum Rückenschmerz (RS) [3], wie auch allgemein in Publikationen zu Low back pain fast standardmäßig wiederholt, geht man davon aus, dass das Verhältnis spezifischer zu unspezifischer RS 1 zu 4 beträgt, also 80 % der RS seien unspezifischer Ursache. Ist da nicht ein gravierender Widerspruch zwischen diesen beiden Aussagen? Die beiden genannten, funktionell begründeten, Entitäten des RS sind durch relativ einfache klinische Untersuchungen zu diagnostizieren. Als Definition „unspezifischer Rückenschmerz“ wird ja formuliert [2]: „Von nicht-spezifischen Rückenschmerzen spricht man, wenn mit einfachen klinischen Mitteln keine Ursache gefunden werden kann, welche die vorliegenden Beschwerden überzeugend erklären kann“. Wenn wir jetzt die myofasziale Dysfunktion und die reversible hypomobile segmentale Dysfunktion als spezifische Ursache einordnen können, dürfte sich das Verhältnis spezifischer und unspezifischer RS drastisch ändern, wenn nicht sogar umkehren. Die Feststellung funktioneller Komponenten als Ursache des RS, ist auch kein neuer Trend, sondern bereits seit mindestens drei Jahrzehnten (in der manuellen Medizin seit 60 Jahren) erkannt [4 – 6]. Bezogen auf das sportmedizinische Interesse können wir hier die schweren chronischen Schmerzverläufe, bei denen pathomorphlogische Ursachen des RS in Frage kommen oder wo die zunehmenden Funk­tionsstörungen zu pathologischer Adaptationsveränderung an der Struktur geführt haben, einmal beiseitelassen und uns der Entstehung und – damit direkt verbunden – der Prävention von Funktionsstörungen am Bewegungssystem zuwenden.

Es zeichnet sich ein positiver Trend ab, die funktionellen Ursachen (Funktionsstörungen) von Schmerzen am Bewegungssystem eingehender zu analysieren und in Studien zu belegen. Dennoch fließt nur wenig personelle und finanzielle Kapazität in die theoretische und klinische Forschung zur Aufklärung von Funktionsstörungen am Bewegungssystem und den damit verbundenen Beeinträchtigungen, Aktivitätseinschränkungen, Verletzungen und Schmerzen. Das muskuläre und neurophysiologische Zusammenspiel bei der schier unbegrenzten Vielfalt menschlicher Bewegungen, wie es alltäglich in Beruf, Freizeit und Sport von der Mehrzahl der Menschen abgefordert und realisiert wird, ist immer noch ein auf die Sportmedizin und manuelle Medizin eingeschränktes Interesse. 

Denk- und Handlungskonzept „Funktionskrankheiten“

Schmerzen im Bereich des oberen und unteren Rückens werden in der Medizin überwiegend unter dem Aspekt der Schmerzmedizin gesehen. Dabei ist es gleich, ob der Schwerpunkt auf eine medikamentöse Schmerzunterdrückung oder auf eine „Rückenschule“ gelegt wird. Eine kleine Gruppe von Orthopäden, PRM-Ärzten und Manuelmedizinern mit Bezug zu Sportmedizin und Training haben eine Arbeitsgruppe „Funktionskrankheiten“ gebildet, um zu diesem Thema ein neues Denk- und Handlungskonzept zu initialisieren. Dabei geht es vordergründig auch darum, den funktionellen Störungen als Ursache von (Rücken)schmerzen auf den Grund zu gehen. Dabei werden drei vordergründige Aufgaben­bereiche gesehen:

• in Diagnostik und Therapie den funktionellen Zusammenhängen unter neurophysiologischem und Aspekt größere Aufmerksamkeit zu verschaffen, 
• nach messbaren Testkriterien für die Definition von Funktionsstörungen zu suchen und 
• primäre und sekundäre Prävention als Programme zu Vermeidung von Verletzungen und Schmerzen abzuleiten.

Es kann eingeschätzt werden, dass es bereits einen zunehmenden Trend in eine funktionelle Denkrichtung gibt. So wird auch im Sport ein so genanntes Neuroathletiktraining propagiert [12], welches einem ganzheitlichen Ansatz folgt, für das aber mangels wissenschaftlicher Publikationen noch keine ausreichende theoretische Basis entwickelt wurde. Dabei können die klinischen Beobachtungen im Zusammenhang mit der Entstehung von Schmerzen am Bewegungssystem und die trainingswissenschaftlichen Ansätze durchaus die Basis für einen funktionsorientierten Ansatz sowohl im Training als auch in der Schmerzprophylaxe sein. Unser Arbeitsgruppe hat für ihre Arbeit Thesen aufgestellt, in denen es u. a. heißt: „Ursachen von Funktionsstörungen jeweils unter Beachtung von Alter, Geschlecht und individueller Konstitution (z. B. Spezialisierung) sind Bewegungsmangel, Fehl- und Überlastungen, Ermüdung (zentral / peripher), Widerspruch zwischen Belastung und Belastbarkeit, ungenügende konditionelle und koordinative Fähigkeiten.“ [7] Eine der Kernthesen lautet auch: „Wenn eine partielle Funktion, im Zusammenwirken mit den anderen Funktionen bei der gemeinsamen Absicherung einer Leistung instabil wird, benötigen die anderen Funktionen eine funktionelle Rea­gibilität, um zu kompensieren/anpassen zu können. Ist dies nicht mehr möglich, wird es zu einer Ursache für die Wahrnehmung von Schmerz.“ [7] In der sportärztezeitung wurde bereits das „funktionelle System des Verhaltens nach P.K. Anochin“ [8, 9] als zyklischer srnsomotorischer Regelkreis mit Afferenz und Reafferenz des erzielten Bewegungsresultates zum ZNS sowie mit den programmbildenden und kontrollierenden Einheiten des ZNS dargestellt [10]. Pol R. et al (2019) unterstützen in ihrem Review „From microscopic to macroscopic sports injuries“ [11] eine solche These, indem sie die sowohl horizontale als auch vertikale Organisation der Koordination einzelner Funktionskreise der Sensomo­torik im zeitlichen Verlauf und deren Anpassung physiologisch begründen. 

Vernetzte Funktionskreise in Schlüsselregionen

Bezogen auf den Rückenschmerz kann man vernetzte Funktionskreise besonders in den sogenannten Schlüsselregionen betrachten. Als Schlüsselregionen gelten aus empirisch-praktischer Sicht Körperregionen, von denen im Alltag besonders häufig und intensiv Fernwirkungen, physiologische bzw. pathogenetische Verkettungen und therapeutische Wirkungen ausgehen bzw. sich von dieser Region aus erkennen lassen. Physiologisch finden wir in diesen Regionen Sensoren und Effektoren, die in mehrere vernetzte motorische Funktionskreise einbezogen sind. Ein Beispiel für eine solche Schlüsselregion stellt der so genannte kranio-zerviko-thorakale Übergang dar. Wir finden hier Verknüpfungen mehrerer funktioneller Teilsysteme. So sind die Sensoren der Nackenmuskulatur nicht nur in die Haltung und Bewegung des Kopfes sondern auch in die Blickmotorik, in Gleichgewichtsreaktionen und weitere Komplexe motorische Funktionen als Afferenzgeber einbezogen, die zugehörige Muskulatur ist in unterschiedliche Bewegungsprogramme und Reflexabläufe (unter anderem Atmung, Kauen) einbezogen. Es stehen dabei nicht nur die einzelnen Teilfunktionen zueinander in Relation, sondern bei Störungen in dieser Region auch eine Relationspathologie. Gleiches gilt für die lumbopeline Region. Schon beim normalen Gang wird über die „Beckenschaukel“ die Bewegung des Oberkörpers mit der Verlagerung des Schwerpunktes ständig reguliert und dies unter Einbeziehung der gesamten Muskelkette/Gelenkskette der unteren Extremitäten, des Beckens und unteren Rückens einbezogen. Im Vordergrund stehen dabei nicht die Willkürbewegungen, sondern die ständig ablaufenden Reflexe, welche die Veränderungen des Körpergewichtes gegenüber der Erdschwerkraft ausgleichen und das sich ändernde Kokontraktionsmuster adaptativ begleiten bzw. bestreiten müssen. Veränderungen in den Reflexabläufen sind häufig nachgewiesen. Im Zusammenhang mit Rückenschmerzen gibt Puta in seiner Habilitation eine zusammenfassende Übersicht [13]. Auch die Ergebnisse der Arbeitsgruppe um P. Hodges verfolgen diesen Ansatz und ordnen die gestörte Synchronisation von Aktionspotentialen primären Dysfunktionen zu [14 – 16]. Bedingungen, die zu Dysfunktionen führen können, sind Fehlbelastung, einseitige Beanspruchung, Überbeanspruchung, Trauma, Ermüdung, Krankheit und Alter. Reflektorische bedingte Dysfunktionen können als „funktionelle Blockierung“ verstanden werden und/oder als myofasziale Dysfunktion auftreten.  

Die frühen Erscheinungen muskuloskelettaler Dysfunktionen sind gestörte Funktionen am BS, häufig nur sporadisch mit Schmerzen verbunden. Sie entziehen sich meist gängigen diagnostischen Verfahren (Bildgebung, instrumentelle Verfahren, Elektrophysiologie, Labor) und damit auch epidemiologischen Erhebungen. Ihr Erscheinungsbild ist ungenügend beschrieben und oft nur als Dyscomfort erwähnt. Die frühen Erscheinungen muskuloskelettaler Dysfunktionen sind aber manualmedizinisch geschulten Ärzten und Therapeuten über subtile Palpation und Funktionsuntersuchung zugänglich und können von diesen auch behandelt werden [19]. Das somatische Korrelat der Funktionsstörung (Dysfunktion) ist die mehr oder weniger schmerzhaft imponierende Veränderung der Bewegungsqualität und -quantität unter Einbezug der zugehörigen neuronalen und neuralen Netzwerke sowie  der myofaszialen Strukturen [16]. Eine initial subjektiv unbemerkte Funktionsstörung kann sich im zeitlichen Verlauf auf umliegende Strukturen [17, 18] (z. B. Tendomyopathie, „Triggerpunkte“) und auch auf anatomisch diskontinuierlich, weiter entfernt liegende Regionen ausdehnen und so strukturelle somatische Veränderungen oder persistierende nicht physiologische Veränderungen innerhalb neuronaler Netzwerke (z. B. zentrale Sensibilisierung, Schmerzchronifizierung) nach sich ziehen. 

Momentan steht bei der Diagnostik eine hohe Güte der palpatorisch-diagnostischen Leistungen von Physiotherapeuten und manuellen Medizinern mittels relativ standardisierter Vorgehensweise im Vordergrund. Untersucht werden die Körperspannung (Muskeltonus, Gewebeverschieblichkeit), Bewegungsmuster und Schmerzpunkte. Dieses subjektive Instrument sollte, bevorzugt in der Sportmedizin, durch einfache quantitative Tests ergänzt werden, um auch in einer Trainingssteuerung eingesetzt werden zu können. Dazu könnten gehören: Tests zu wahrnehmungsassoziierten Veränderungen im Körperbild und zu Merkmalen von Bewegungskontrollstörungen (quantitativ sensorische Testung (QST), EMG, Reflexprüfung, nozizeptive Stimulation, Licht-Punkt-Paradigma / autokinetischer Effekt, Haptik) und zur Bestimmung von Haltungs- und Handlungsasymmetrien (Seitigkeitstests, Körperscanner, Fußdruckmes­sung). Allerdings muss eingeräumt werden, dass hierzu entsprechende RS-bezogene Scores erst noch zu erstellen sind. 

In den letzten Jahren wurden eine Reihe Ansätze und Verfahren entwickelt, die in der Physiotherapie und im Training auf die dargelegten ganzheitlichen Prozesse ausgerichtet sind. Sie werden oft unter einem Aspekt der Beeinflussung zentralnervaler Prozesse gesehen. Leider steht dabei häufig die Vermarktung der Methode gegenüber solider Untersuchung der spezifischen Anwendungsrichtung im Vordergrund. 

Fazit

Was kann schlussfolgernd aus den dargelegten Zusammenhängen zwischen Funktionsstörungen und Entstehung von (Rücken)-Schmerzen für das Training beachtet werden? Sportler, bei denen Rückenschmerzen wiederholt auftreten, sollten prophylaktisch regelmäßig einem auf Funktionsstörung gerichteten Screening unterzogen werden (siehe z. B. [19, 21]). Ein solches Screening sollte in einer ersten Stufe vom Sportler selbst ausgeführt werden können und sportartspezifisch besonders hohe bzw. einseitige Belastungen berücksichtigen. Bei der Zusammenstellung der Fragen und Testanforderungen sollten die Verknüpfungen in den Schlüsselregionen unbedingt berücksichtigt werden. Bei positiven Testergebnissen, die auf Funktionsstörungen am BS hinweisen, sollte das Screening in einer zweiten Stufe mit physiotherapeutischer Unterstützung erfolgen, wobei dann eventuell ein Sportarzt hin­zugezogen wird. Trainingsseitig ist zu betonen, dass eine hohe Reagibilität aller sensomotorischen Funktionen nur bei optimalem allgemeinen zentralnervalen Aktivitätszustand erreichbar ist, welcher individuell vor jedem spezifischem Training vorbereitet wird und nicht beliebig lange gehalten werden kann. Ein Wechsel sensomotorischer Beanspruchung kann den günstigen Zustand verlängern. Gestörte Funktionen der Sensomotorik widerspiegeln sich auch in abweichenden Bewegungsfunktionen, die Freiheitsgrade der Bewegungsprogramme sind nach Bernstein [22] dann eingeschränkt. Sowohl im Spitzensport als auch beim Freizeitsportler sollte „die Pause“, auch als komplette passive Regeneration, nicht unterschätzt werden und nicht unterrepräsentiert sein. Günstig ist, wenn sowohl die Genauigkeit der Bewegung, Schnelligkeit und Kraft berücksichtigend, wie auch deren Variabilität über Feedback-Methoden trainiert werden kann. Dies kommt aber im Vergleich zum Krafttraining zu wenig zum Einsatz oder soll gleich in Kopplung mit dem Krafttraining erledigt werden, wie neu entwickelte Trainingsgeräte suggerieren. Wir sollten uns vergegenwärtigen, dass uns alle miteinander die Überzeugung verbindet, dass das sensomotorische System gegen die Entwicklung von Störungen und Entwicklung von Schmerz geschult werden kann [23, 24].

Literatur

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3. Raspe H (2012) Rückenschmerzen. Gesundheitsberichterstattung des Bundes. Heft 53 Robert Koch-Institut, Berlin 2012
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7. Beyer L, Liefring V, Seidel W, Niemier K (2020) Funktionsstörungen im Bewegungssystem – ihre Bedeutung in Prävention, Kuration und Rehabilitation – Thesen der AG „Funktionskrankheiten“ – Suche nach einem fachübergreifenden Konsens  DOI https://doi.org/10.1055/a-1019-1609 Phys Med Rehab Kuror 2019; 29: 1–3 
8. Anochin PK (Anokhin). 1964 . Systemogenesis as a general regulator of brain development. s.l. : Progress in brain research. Vol 9: 54-86, 1964 .
9. Anochin PK. 1967. Das funktionelle System als Grundlage der physiologischen Architektur des Verhaltensaktes. Abhandlungen aus dem Gebiet der Hirnforschung und Verhaltensphysiologie. Jena : Fischer, 1967.
10. Beyer L. (2019)Funktionelle Reagibilität – Grundlage optimalen Trainings und hoher sportlicher Leistungen. sportärztezeitung 03/2019, 51-52.
11. Pol R, Hristovski R, Medina D, Balague N. 2019. From microscopic to macroscopic sports injuries. Applying the complex dynamic systems approach to sports medicine: a narrative review. Br J Sports Med. 2019, Bde. 53: 1214-1220 DOI 10.1136/bjsports-2016-097395.
12. Schmid-Fetzer, U. & Lienhard, L. (2018). Neuroathletiktraining. Grundlagen und Praxis des neurozentrierten Trainings. München: Pflaum Verlag
13. Puta C (2018) Chronic back pain and sensorymotor control: a conceptual and computational framework for diagnostic and therapeutic approaches (Chronischer Rückenschmerz und sensomotorische Kontrolle: ein konzeptuelles und rechnergestütztes Bezugssystem für den diagnostischen und therapeutischen Zugang). Habilitationsschrift, Fakultät für Sozial- und Verhaltenswissenschaftender Friedrich-Schiller-Universität Jena, Jena
14. Mellor R, Hodges PW (2005) Motor unit synchronization is reduced in anterior knee pain. J Pain 6:550–558
15. Hodge PW, Smeets RJ (2015) Interaction between pain, movement, and physical activity: short-term benefits, long-term consequences, and targets for treatment. The Clinical journal of pain. 2015, DOI: 10.1097/AJP.0000000000000098, PMID: 24709625
16. Hodges P.W. und Smeets R.J. (2015) Interaction between Pain, Movement, and Physical Activity –  Short-term Benefits, Long-term Consequences, and Targets for Treatment. Clin. J. Pain 2015 31: 97 – 107
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23. Laube W. (2020) Sensomotorik und Schmerz – Wechselwirkung von Bewegungsreizen und Schmerzempfindung. Springer 
24. Beyer L., Liefring V., Niemier K., Seidel E. (2021 in Vorbereitung) Funktionsmedizin – Funktion – Störung – Krankheit. Kiener-Verlag ISBN 978-3-948442-24-8 

Ausgehend von dem in der Sportwissenschaft aufgestellten Schema der Grundfunktionen sportlicher Fähigkeiten [7] ist die Bedeutung der funktionellen Reagibilität (FR) auf das Verhältnis der einzelnen Grundfunktionen, zueinander und parallel verlaufender gleicher Funktionen, in den verschieden funktionellen Ebenen gerichtet. Vertikal aufeinander aufbauende Funktionsebenen sind von der Biochemie der Zelle über Zellverbände in Geweben, Organen bis hin zum Gesamtorganismus und der sozialen Gesellschaft. Horizontal parallel laufen gleiche Funktionen vielfach in Zellen, Geweben und Organen ab. Alle diese Funktionen sind Teilfunktionen zur Sicherung der sportlichen Bewegungsleistung und bestimmen und begrenzen sie. Die einzelnen physiologischen Funktionen laufen in Ruhe und in angepassten Trainingsrhythmen als gleichmäßiger Prozess ab, wir bezeichnen das als „staty state“, Gleichgewichtszustand. Kybernetisch betrachtet bedeutet dieses Gleichgewicht die Aufrechterhaltung einer Sollgröße in einem Regelkreis gegenüber einer oder mehrerer Störgrößen. Entscheidend für die Abrufung hoher sportlicher Leistungen ist neben der Sicherung eines „staty state“ die Reaktion und Anpassung einer, eigentlich vieler Funktionen gleichzeitig, nicht nur an Störgrößen von außen, wie sie durch die sportliche Belastung auftreten, sondern auch an körpereigene Situationen, wie sie durch den Biorhythmus, Motivation oder Ermüdung entstehen. Für hohe Leistungen wird nun entscheidend sein, wie schnell und wie genau die der Leistung zugrunde liegenden Prozesse sich an neue Bedingungen und Anforderungen anpassen. 

Bewegungsresultat und Bewegungsplan

Die Bedeutung dieser schnellen Anpassung sei am Beispiel des Ruhemembranpotenziales (RMP) einer Nerven- oder Muskelzelle erläutert: Wie schnell ist das RMP nach Auslösung eines Aktionspotenziales wieder hergestellt? Dazu müssen Ionen aktiv durch die Zellmembran transportiert werden und Ionenkanäle geöffnet und geschlossen werden. Je schneller das RMP wieder seinen Sollwert erreicht, umso schneller kann erneut ein Aktionspotential ausgelöst werden. Dies ist für Beginn und Ablauf einer Muskelkontraktion von entscheidender Bedeutung, mit welcher Kraft und Schnelligkeit die Muskelkontraktion erfolgen kann. Der russische Physiologe N.E. Vvedenski [13] untersuchte Ende des 19. Jahrhunderts die Geschwindigkeit des Ablaufes elementarer Zyklen der Erregung von peripheren Nerven und des Muskels und prägte hierfür den Begriff der „funktionellen Labilität (funktionalnaja labilnost)“, die wir hier unter aktuellen Aspekten als „funktionelle Reagibilität“ (FR) bezeichnen. Funktionelle Reagibilität: die Geschwindigkeit des Ablaufes elementarer Zyklen der Erregung im Nerv und im Muskel, wobei der Begriff auf alle funktionellen Körperfunktionen übertragen werden kann. Daraus abgeleitet unsere Hypothese: das Bewegungssystem (BWS)  und die darin ablaufenden Funktionen benötigen zur schnellen und adäquaten Antwort auf sich ändernde äußere und innere Bedingungen eine hohe funktionelle Reagibilität. [4] 

Die FR eines jeden Teilsystems wird so zur Grundvoraussetzung der Absicherung der Leistung des Gesamtorganismus. Wenn wir nun nicht einzelne RMP sondern die Funktion eines ganzen Muskels betrachten, kann das bedeuten: Wird durch eine bestehende Abschwächung oder Ermüdung die Beteiligung eines Muskels im Ensemble der Agonisten an einer Bewegung eingeschränkt, so wird eine Willkürbewegung nicht wie geplant ausgeführt werden können, d. h. das Bewegungsresultat entspricht nicht dem Bewegungsplan. Die sportliche Leistung kann nicht mehr abgerufen werden, das Training wird ineffizient, der Wettkampferfolg bleibt aus. Sportärzte und Physiotherapeutin sprechen von muskulären Dysfunktionen, diese können Verletzungen begünstigen. Daher wird vorgeschlagen, den Begriff der FR auch für die Geschwindigkeit des Ablaufes kurzfristiger Anpassungs- und Umschaltprozesse der Kontrolle sportlicher Bewegungsleistungen zu verwenden, um bei eingehenderer Betrachtung und Analyse Ableitungen für eine effektive Trainingssteuerung einerseits als auch für die Beachtung insbesondere neurophysiologischer Parameter in der Trainingswissenschaft zu treffen. So kann man die Hypothese aufstellen:  „Wenn eine „Teil“-funktion in der Leistung abnimmt, so müssen die anderen kooperierenden Funktionen die gemeinsame Leistung sichern, zu dieser Kompensation benötigen sie eine hohe FR, eine schnelle Anpassungsfähigkeit.“ [4] Sportler entwickeln in der Regel eine gute FR, andererseits können hohe Trainings- und Wettkampfbelastungen diese einschränken. 

Aktivierung und Leistung

Bei der sportlichen Leistung spielt die zentralnervale Aktivierung eine Hauptrolle, wie dies im „Gesetz des umgekehrten „U“ formuliert wurde. Die beiden amerikanischen Psychologen Yerkes und Dodson [14] beschrieben einen gesetzmäßigen Zusammenhang zwischen der zentralnervalen Aktivierung und dem Verlauf der Effektivität des Verhaltens, der mit der Kurve eines umgekehrten „U“ dargestellt wird (Abb. 1). Der Gipfel der Kurve bedeutet, dass eine hohe Leistung nur bei einem erhöhten zentralnervalen Aktivierungsgrad abgerufen werden kann. Dieses optimale Niveau als Zustand der Zusammenarbeit verschiedener Systeme mit einer hohen FR bei Leistungsbeginn ist nicht sofort vorhanden. Der Sportler benötigt hierzu eine „Aufwärmung“. Im täglichen Leben soll oft ein koffeinhaltiges Getränk am Morgen den allgemeinen Aktivierungsgrad erhöhen. Die Abforderung von Belastungen, die über der, auch durch das allgemeine Aktivierungsniveau bestimmten, aktuellen Leistungsbereitschaft liegen, stellen eine zu hohe Beanspruchung für die belasteten Systeme dar. Hier liegen dann Ursachen für Fehl- und Überbelastungen, von denen allgemein angenommen wird, dass sie zu Dysfunktionen führen [5]. Das Gipfelniveau muss durch die Art der Trainingsgestaltung, möglichst über den gesamten Verlauf des Trainings, gehalten werden. Trainings- und Wettkampfbelastungen, welche die aktuellen koordinativen und konditionellen Fähigkeiten übersteigen, können entweder zu Ermüdung und Rückgang des Aktivierungsniveaus (linker Kurventeil) oder zu einer Übererregung (Stress, rechter Teil der Kurve) und in beiden Fällen zur Leistungsabnahme führen. Diese Dynamik gilt sowohl im kurzeitigen Rhythmus eines Tages als auch in längerfristigen Zyklen, insbesondere in der Wettkampfvorbereitung, wo zum Wettkampf das maximale Leistungsniveau vorhanden sein muss. 

Ein funktionelles System als Modell

Aktivierung und Ermüdung sind nichts grundlegend Neues, aber dieses Geschehen wird bisher zu wenig für die einzelnen Funktionsabläufe analysiert und in der Trainingssteuerung eingesetzt. Wo sind die entscheidenden Schlüsselelemente, die es zu berücksichtigen gilt? Hierfür können wir ein „Funktionelles System“ als Modell benutzen, das alle wesentlichen Elemente der Absicherung einer sportlichen Leistung enthält. Ein funktionelles System ist ganzheitlich, es ist hedonistisch selbstorganisierend. Ein solches Modell wurde vom Neurophysiologen Anochin [1, 2] für das Verhalten entwickelt und beinhaltet die von den Rezeptoren kommende und zum Zentralnervensystem (ZNS) aufsteigende Information (Afferenz), auch diejenigen, die nicht direkt zur Großhirnrinde weitergeleitet werden, sondern als kollaterale Abzweigungen über die retikuläre Formation den allgemeinen Aktivitätszustand beeinflussen. Im ZNS spielen bei der Synthese aller afferenten Informationen die gespeicherte Erfahrung, mit der sie verglichen wird, sowie der momentane Motivationszustand eine Rolle. Das ZNS bildet dann eine der geforderten Bewegungsleistung entsprechende funktionelle Matrix, welche das Bewegungsprogramm (Efferenzsynthese) entwirft und in die entsprechende Nervenimpulse (Efferenz) zu den für die komplexe Bewegung erforderlichen Muskeln (Effektoren) umsetzt. Eine Kopie (Efferenzkopie) der aktuellen Bewegungsprogrammierung bleibt erhalten, als Referenz für die von der Bewegung ausgelöste Reafferenz. Beide werden miteinander verglichen (Aktionsakzeptor) und gegebenenfalls können Korrekturen eingeleitet werden.  Unser Modell bildet einen zyklischen Regelkreis als funktionelles System ab (Abb. 2). Anhand unseres Modells können wir nach den entscheidenden Schlüsselfunktionen suchen, die es im Training  zu kontrollieren gilt.  Die afferente Information wird wesentlich vom Zustand der Rezeptoren beeinflusst, die z.T. eingebettet in Bindegewebe wiederum von dessen Zustand beeinflusst sind. Bei Dysfunktionen im Bewegungssystem und nicht das Bewegungssystem (BWS) Aktivierung sind nach den Untersuchungen von P. Hodges und Koll. [8,9,12] fast immer auch einzelne Sinnesleistungen betroffen. Dadurch kann z. B. das Geschwindigkeitssehen oder die differenzierende Wahrnehmung von Reizen (Reizschwelle erhöht) eingeschränkt sein. Visuelle Wahrnehmungen von Bewegungen des Gegners werden nicht mehr korrekt eingeschätzt [3,10]. 

Es gibt erste Ansätze, solche Testverfahren auch im Training einzusetzen, um diese Defizite frühzeitig aufzuzeigen. Veränderte Afferenzen können eine Ursache für Dysfunktionen in der Bewegungskontrolle sein. Der Willkürbewegung unterlegte Reflexe verändern sich und führen zu veränderter Muskelspannung. Damit entstehen veränderte Bedingungen in Effektoren, welche die Parameter von Kraft und Geschwindigkeit ungünstig beeinflussen. Der unbewusste Spannungszustand der Muskulatur kann von Physiotherapeuten durch eine manualmedizinische so genannte 10-Schritt-Diagnostik [6] leicht vor jedem Training kontrolliert werden. Messbar wäre eine Kontrolle der Schwelle der Muskelerregbarkeit [3] oder der Verlauf von stimulierten Einzelkontraktionen. Aus Beiträgen auch in dieser Zeitschrift ist ersichtlich, dass neurophysiologische Aspekte, leider oftmals nur dem Namen nach, in die  Gestaltung von Trainingsmethoden Eingang gefunden haben. Auf dem internationalen Faszienkongress im vergangenen Jahr in Berlin wurde betont, dass zukünftig der Muskelphysiologie mindestens so viel Aufmerksamkeit wie in letzter Zeit den Faszien gewidmet werden sollte. 

Fazit

Auch die sportmedizinische Betreuung des Trainings und der Leistungsentwicklung benötigt einen ganzheitlichen Ansatz, der alle Teilfunktionen der sportlichen Leistung unter die Lupe nimmt. Dazu bietet sich das funktionelle System des Verhaltens als ein gutes Modell an, welches dann parallel auch in der Prävention von Sportverletzungen und in der Rehabilitation Anwendung finden kann. 

Literatur

[1] Anochin P.K. (1967) Das funktionelle System als Grundlage der physikalischen Architektur des Verhaltensaktes (Übersicht aus dem Russ.). Fischer, Jena 

[2] Anokhin P.K. (1964) Systemogenesis as a General Regulator of Brain Development. Progress in brain research 9:54-86; DOI: 10.1016/S0079-6123(08)63131–3

[3] Beyer L (1974) Elektrophysiologische Untersuchungen am Nerv-Muskel-Apparat der Ratte und des Menschen. Promotion Universität Leipzig  

[4] Beyer L., Niemier K. (2018) Funktionsstörungen am BWS – Beginn und Teil von “Funktionskrankheiten“ ? Teil 1  Die Funktionelle Reagibilität als Grundlage eines optimalen Bewegungsresultates- Manuelle Medizin 2018 H4

[5] Engel K, Seidel W, Niemier K, Beyer L (2018) Myofasziale Dysfunktion in der S2k-Leitline Spezifischer Kreuzschmerz. Man Med 56:215.https://doi.org/10.1007/s00337-018-0412-7

[6] Günther P. (2015) Detaillierte Darstellung der myofaszialen Spannungsprüfung. Manuelle Medizin_2015 · 53: 191. https://doi.org/10.1007/s00337-015-1254-1

[7] Hirz P (1994) Motorische Handlungskompetenz als Funktion motorischer Fähigkeiten. In: Hirtz P, Kirchner G, Pöhlmann R (Hrsg) Sportmotorik Grundlagen, Anwendungen und Grenzgebiete. Universität Gesamhochschule, Kassel, S 127–147. ISBN978-3881227971

[8] Hodges PW and  Smeets RJ (2015) Interaction Between Pain, Movement, and Physical Activity. Short-term Benefits, Long-term Consequences, and Targets for Treatment. The Clinical journal of pain. 2015, DOI: 10.1097/AJP.0000000000000098, PMID: 24709625

[9] Hodges PW Changes in motor planning of feedforward postural responses of the trunk muscles in low back pain Exp Brain Res. 2001 Nov;141(2):261–6.

[10] Puta C  (2018) Chronic back pain  and sensory-motor control.  A conceptual ans computational framework for diagnostic and therapeutic approaches. Habilitationsschrift, Friedrich-Schiller-Universität, Jena

[11] Smolenski, U, Buchmann J. und Beyer L. (2016)  Janda – Manuelle Muskelfunmktionsdiagnostik, Theorie und Praxis. 5. Komplett überarbeitete Auflage Elsevier München