Professional sports are undergoing a profound transformation through the integration of precision medicine, also known as personalized medicine. By tailoring training, nutrition, recovery, and injury prevention strategies to the individual genetic, physiological, and subjective profiles of each athlete, precision medicine aims to enhance performance, reduce the risk of injury, and ultimately extend athletic careers. This article examines the current applications, benefits, and future directions of precision medicine in professional sports.

Individualization as a new paradigm in sports medicine

Precision medicine has established itself in many areas of medicine as an individualized approach to tailoring therapy and prevention strategies more specifi­cally to the biological, genetic, and environmental characteristics of the athlete. In sports medicine, this approach is still in its infancy – but the change is noticeable: with the use of high-resolution diagnostics and modern technologies, the need for tailor-made care for athletes is growing. These technologies support the necessary shift towards individualized, data-supported care concepts that is resulting from the development of professional sports. 

The aim is to tailor training management, regenerative and preventive measures, and therapeutic interventions more closely to individual needs in order to specifically promote performance and identify injury risks at an early stage. Precision medicine provides the metho­dological basis for making data-­driven and individually informed decisions – beyond blanket recommendations. 

Fields of application and challenges

The implementation of precision medi­cine in sports medicine requires a deep understanding of individual resilience and adaptability. A central aspect is the close integration with performance diag­nostics, which makes relevant parameters measurable and interpretable. The focus is on the athlete as a complex system with numerous interconnected influencing factors.

Looking at the concepts of performance components in training science literature, the structural and functional complexity of athletic performance becomes clear – and with it the challenges associated with precision medicine [1]. Training and regeneration processes must be designed in such a way that they both promote performance deve­lopment and improve stress tolerance. Precision medicine provides the framework for collecting and analyzing data in a targeted manner and translating it into concrete measures.

This results in key areas of application:

• Prevention Analysis and targeted reduction of injury risk
• Rehabilitation Optimizing and shortening return processes and preventing relapses
• Regeneration Individualizing and accelerating recovery processes to increase stress tolerance and training effectiveness
• Injury cause analysis Better understanding injury mechanisms and using this knowledge for prevention
• Performance optimization Achieving maximum performance in a sustainable manner
• Increasing longevity Reducing cell age and optimizing function ultimately lead to a higher life expectancy for athletes

The following section explains the key aspects of the aforementioned areas of application for personalized sports medicine in more detail. 

Genetic profiling and personalized approaches

Advances in www.dnathlete.li have enabled the identification of specific mar­kers related to muscle building, endurance, injury susceptibility, and recovery rates. When coaches and medical teams know an athlete’s genetic predisposition, they can design training and prevention programs that are tailored to the athlete’s innate strengths and take potential weaknesses into account. For example, certain genetic profiles may indicate a predisposition to muscle, ligament, or tendon injuries, allowing targeted and additional preventive measures to be taken. Or another genetic predisposition may enable higher levels of performance when consuming caffeine, beta-alanine, or creatine, while this is not the case for others [2]. A study published in the World Academy of Science Journal highlights the integration of genetic profiles with traditional biochemical and physiological assessments to optimize performance and ensure longevity in sports [3].

The great potential of epigenetics – understanding and utilizing molecular individuality

Epigenetic processes add a dynamic component to this perspective: they control which genes are activated or deactivated under certain conditions – influenced by training, nutrition, stress, or environmental stimuli. 

These adjustments are reversible and make it possible to achieve long-term positive changes at the cellular level through targeted stimuli. Epigenetic age clocks are complex biomarkers based on DNA methylation patterns that usually reflect biological age more accurately than chronological age, thus providing insights into an individual’s health and aging process.

For athletes, these biomarkers have significant potential as they provide a personalized assessment of how training load, recovery, nutrition, and lifestyle affect long-term health and performance. Monitoring biological age can help optimize training plans, avoid over- or under-training, and take measures to prolong peak performance and reduce the risk of injury. In addition, epigenetic insights can provide information about personalized recovery strategies and serve as a valuable tool for planning the longevity of athletes [4, 5]. 

Biomarkers and their potential for performance optimization

Laboratory markers provide crucial insights into an athlete’s physiological state and are therefore a cornerstone of precision medicine in sports. Biomarkers, such as creatine kinase (CK), help monitor muscle damage and recovery and enable individual training adjustments that optimize performance while minimizing the risk of overtraining and injury. Elevated CK levels, for example, may indicate excessive muscular stress or insufficient recovery, allowing timely measures such as modified training load, nutritional support, or rest periods to be initiated. Regular monitoring of such markers ensures a data-driven approach to athlete care and enables tailored strategies that increase resi­lience, improve performance, and support long-term athletic development. Regular communication with the athlete is crucial in interpreting these values in order to integrate subjective assessments into the decision-making process and avoid misinterpretations.

Biomechanics – objectively analyzing and individually adapting movement patterns

Biomechanical analyses provide important insights for the individualized care of athletes. Every person moves differently, influenced by muscle control, joint structure, coordination, and movement experience. These individ ual movement patterns influence both the risk of injury and performance ability. Modern technologies such as motion capture systems, force plates, and electromyography (EMG) enable these patterns to be recorded as objectively as possible. Based on the data obtained, targeted analyses can be carried out and adjustments to technical training and load design can be derived with the aim of making movements more efficient, avoiding overload, and better meeting sport-specific requirements. EMG diagnostics provide valuable information on muscular control and enable early identification of neuromuscular deficits in prehabilitation and targeted correction using biofeedback-­based activation. Biomechanical analyses thus make an important contribution to performance optimization and injury prevention and are an essential component of personalized sports medicine concepts.

Wearable technology and real-time monitoring

The integration of wearable devices with built-in sensors enables the continuous recording of vital parameters, movement patterns, and stress data. These wearables provide real-time information on variables such as heart rate variability (HRV), oxygen saturation, and biomechanical efficiency. These insights enable immediate adjustment of training intensity and technique to optimize performance while minimizing the risk of injury. Recent developments include AI-driven smart sportswear that uses integrated sensors to monitor muscle activation and breathing patterns, for example, and provide real-time feedback on the quality of training execution [6].

Precision strategies for hydration and nutrition

Individualized hydration and nutrition plans are key components of precision medicine in sports. By analyzing individual sweat composition and metabolic responses, nutritionists can tailor electrolyte replacement and diet plans to the specific needs of each athlete.

This personalized approach ensures optimal energy availability, improves reco­very, and supports overall health. Genetic testing also plays a role in determining nutritional needs, as certain gene variants can influence nutrient metabolism, leading to more effective nutritional strategies. 

Pharmacogenomics and injury management

Pharmacogenomics – the study of how genes affect an individual’s response to medication – enables the customization of medication regimens for injury treatment and pain management. Understanding genetic variations in drug metabolism helps in selecting the most effective medications with minimal side effects, improving recovery outcomes and reducing downtime.

This approach ensures that medications and recovery programs are tailored to each athlete’s genetic predisposition, improving performance and reducing the risk of injury [7]. 

Neurocognition

Improving neurocognition offers significant benefits to athletes by enhan­cing mental processing speed, attention, reaction time, and decision-making under pressure, which are key components of peak athletic performance.

As part of a precision medicine approach, these interventions are tailored to the cognitive profile of the individual athlete, enabling customized strategies that complement physical training.

Cognitive improvements can help athletes better anticipate plays, adapt to changing environments, and focus in critical situations, which can lead to a competitive advantage in performance. This holistic strategy ensures that athletes are optimally prepared for success, not only physically but also mentally.

Numerous scientific studies have shown that any peripheral injury can be accompanied by changes in different parts of the brain. These findings also call for new, individualized prevention and rehabilitation strategies and allow for individualized preparation of athletes even before surgical interventions as prehabilitation. Tools such as SkillCourt are an example of the integration of neurocognitive training into precision sports medicine. SkillCourt uses interactive, data-driven technology to measure, analyze, and train visual perception, cognitive agility, and motor coordination in real time. By analyzing an athlete’s performance on these tasks, coaches and physicians can identify cognitive strengths and deficits and take targeted measures to improve overall game performance. Integrating such tools into an athlete’s training program supports injury prevention, rehabilitation, and sustained peak performance, bridging the gap between brain function and physical execution in sports [8 – 10].

Artificial intelligence and predictive analytics

The use of artificial intelligence (AI), especially machine learning techniques, enables sports medicine to precisely analyze large, complex data sets to predict injury risks and performance trends.

By processing data from various sources, such as wearables, training logs, and medical records, AI models can identify patterns and provide actionable insights that facilitate proactive interventions and strategic planning. Predictive analytics and machine learning are transforming injury prevention strategies in sports medicine by analyzing large amounts of data to identify patterns and trends that indicate an increased risk of injury. A well-thought-out data strategy is essential, because it is not the quantity, but the relevance, quality, and targeted use of data that determine the success of precision medicine applications. 

Conclusion

The integration of precision medicine into professional sports represents a paradigm shift in athlete care and performance optimization. Through individualized approaches based on genetic insights, real-time monitoring, and personalized analysis, sports organizations can sustainably improve the longevity, performance, and overall well-being of athletes. All of the technologies mentioned are already available today and should be used in a targeted manner as part of a basic sports medical examination in order to comprehensively assess the initial situation and identify individual deficits at an early stage. On this basis, tailor-made intervention programs can be developed, which can be adapted through regular re-testing in order to respond dynamically to changes. With advancing technological development, the potential of precision medicine to revolutionize athletic performance and health management is becoming increasingly tangible.

Literature

[1] Blobel, T. (2022). Sportinformationssysteme – Systemarchitektur, Anwendungsfälle und Marktanalyse. Dissertation. München: Technische Universität München. https://mediatum.ub.tum.de/doc/1639907/1639907.pdf

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[9] Friebe, D., Sieland, J., Both, H., Giesche, F., Haser, C., Hülsdünker, T., Pfab, F., Vogt, L., & Banzer, W. (2024). Validity of a motor-cognitive dual-task agility test in elite youth football players. European journal of sport science, 24(8), 1056–1066. https://doi.org/10.1002/ejsc.12153

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Der Profisport erfährt durch die Integration der Präzisionsmedizin, auch personalisierte Medizin genannt, einen tiefgreifenden Wandel. Durch die Anpassung von Training, Ernährung, Regeneration und Strategien zur Verletzungsprävention an die individuellen genetischen, physiologischen und subjektiven Profile der einzelnen Athleten zielt die Präzisionsmedizin darauf ab, die Leistung zu steigern, das Verletzungsrisiko zu verringern und schließlich auch die sportliche Karriere zu verlängern. Dieser Artikel befasst sich mit den aktuellen Anwendungen, den Vorteilen und den zukünftigen Richtungen der Präzisionsmedizin im Bereich des Profisports.

Individualisierung als neues Paradigma in der Sportmedizin

Die Präzisionsmedizin hat sich in vielen Bereichen der Medizin als individualisierter Ansatz etabliert, um Therapie- und Präventionsstrategien spezifischer auf die biologischen, genetischen und umweltbedingten Merkmale des Sportlers abzustimmen. In der Sportmedizin steckt dieser Ansatz noch in den Kinderschuhen – doch der Wandel ist spürbar: Mit dem Einsatz hochauflösender Diag­nostik und moderner Technologien wächst der Bedarf an einer maßgeschneiderten Betreuung von Sportlern. Diese Technologien unterstützen den durch die Entwicklung des Profisports entstehenden notwendigen Wandel hin zu individualisierten, daten­gestützten Betreuungskonzepten. Ziel ist es, Trainingssteuerung, regenerative und präventive Maßnahmen sowie therapeutische Interventionen stärker auf die individuellen Bedürfnisse abzustimmen, um die Leistungsfähigkeit gezielt zu fördern und Verletzungsrisiken frühzeitig zu erkennen. Die Präzisionsmedizin liefert die methodische Grundlage, um datenbasierte und individuell fundierte Entscheidungen zu treffen – jenseits von pauschalen Empfehlungen.

Anwendungsfelder und Herausforderungen

Die Umsetzung der Präzisionsmedizin in der Sportmedizin erfordert ein tiefes Verständnis der individu­ellen Belastbarkeit und Anpassungsfähigkeit. Ein zentraler Aspekt ist die enge Verzahnung mit der Leistungsdiagnostik, die relevante Parameter erfassbar und interpretierbar macht. Im Mittelpunkt steht dabei der Sportler als komplexes System mit zahlreichen miteinander vernetzten Einflussfaktoren. Betrachtet man die Konzepte der Komponenten der Leistungsfähigkeit aus der trainingswissenschaftlichen Literatur, wird die strukturelle und funktionelle Komplexität der sportlichen Leistung deutlich – und damit auch die Herausforderungen, die mit der Präzisions­medizin einhergehen [1]. Trainings- und Regenerationsprozesse müssen so gestaltet werden, dass sie sowohl die Leistungsentwicklung fördern als auch die Belastungstoleranz verbessern. Die Präzisionsmedizin bietet den Rahmen, um Daten gezielt zu sammeln, zu analysieren und in konkrete Maßnahmen zu übersetzen.

Daraus ergeben sich zentrale Anwendungsfelder:

• Prävention Analyse und gezielte Reduktion des Verletzungsrisikos
• Rehabilitation Rückkehrprozesse optimieren, verkürzen und
  rückfallfrei gestalten
• Regeneration Erholungsprozesse individualisieren und beschleunigen, um Belastungsverträglichkeit und Trainingswirksamkeit zu erhöhen
• Verletzungsursachenanalyse Verletzungsmechanismen besser verstehen und für die Prävention nutzbar machen
• Leistungsoptimierung Nachhaltig die maximale Leistung abrufen
• Steigerung der Langlebigkeit Verringerung des Zellalters und Optimierung der Funktion führen letztlich zu einer höheren Lebenserwartung von Sportlern 

Im Folgenden werden zentrale Aspekte der zuvor genannten Anwendungsbereiche der personalisierten Sportmedizin näher erläutert.

Genetisches Profiling und personalisierte Ansätze

Fortschritte bei auf den Sport spezialisierten Gentests (www.dnathlete.li) haben die Identifizierung spezifischer Marker ermöglicht, die mit Muskelaufbau, Ausdauer, Verletzungsanfälligkeit und Erholungsraten zusammenhängen. Wenn Trainer und medizinische Teams die genetische Veranlagung eines Sportlers kennen, können sie Trainingsprogramme bzw. Präventionsprogramme entwerfen, die auf die angeborenen Stärken des Sportlers abgestimmt sind und potenzielle Schwachstellen berücksichtigen. Bestimmte genetische Profile können beispielsweise auf eine Veranlagung zu Muskel-, Bänder- oder Sehnenverletzungen hinweisen, soass gezielte und zusätzliche präventive Maßnahmen eingeleitet werden können. Oder eine andere genetische Veranlagung ermöglicht individuell höhere Leistungsniveaus beim Konsum von Koffein, Beta-Alanin oder Kreatin, während dies bei anderen nicht der Fall ist [2]. Eine im World Academy of Science Journal veröffentlichte Studie unterstreicht die Integration von genetischen Profilen mit traditionellen biochemischen und physiologischen Bewertungen, um die Leistung zu optimieren und die Langlebigkeit im Sport zu gewährleisten [3]. 

Großes Potenzial der  Epigenetik – molekulare Individualität verstehen und nutzen

Epigenetische Prozesse ergänzen diese Perspektive um eine dynamische Komponente: Sie steuern, welche Gene unter bestimmten Bedingungen – beeinflusst durch Training, Ernährung, Stress oder Umweltreize – aktiviert oder deaktiviert werden. Diese Anpassungen sind reversibel und ermöglichen es, durch gezielte Stimuli langfristige positive Veränderungen auf zellulärer Ebene zu erreichen. Epigenetische Altersuhren sind komplexe Biomarker, die auf DNA-­Methylierungsmustern basieren und das biologische Alter meist genauer widerspiegeln als das chronologische Alter und so Einblicke in den Gesundheits- und Alterungsprozess eines Individuums ermöglichen. Für Sportler haben diese Biomarker ein erhebliches Potenzial, da sie eine personalisierte Einschätzung dafür liefern, wie sich Trainingsbelastung, Erholung, Ernährung und Lebensstil auf die langfristige Gesundheit und Leistung auswirken. Die Überwachung des biologischen Alters kann dazu beitragen, Trainingspläne zu optimieren, Über- oder Untertraining zu vermeiden und Maßnahmen zu ergreifen, um Spitzenleistungen zu verlängern und das Verletzungsrisiko zu verringern. Darüber hinaus können epigenetische Erkenntnisse Aufschluss über personalisierte Erholungsstrategien liefern und als wertvolles Instrument für die Planung der Langlebigkeit von Sportlern dienen [4, 5].

Biomarker und ihr Potenzial zur Leistungsoptimierung

Labormarker bieten entscheidende Einblicke in den physiologischen Zustand eines Sportlers und sind damit ein Eckpfeiler der Präzisionsmedizin im Sport. Biomarker, wie z. B. die Kreatinkinase (CK), helfen bei der Überwachung von Muskelschäden und -erholung und ermöglichen individuelle Trainingsanpassungen, die die Leistung optimieren und gleichzeitig das Risiko von Übertraining und Verletzungen minimieren. Erhöhte CK-Werte können beispielsweise auf eine übermäßige muskuläre Belastung oder eine unzureichende Erholung hindeuten, sodass rechtzeitig Maßnahmen wie eine veränderte Trainingsbelastung, Ernährungsunterstützung oder Ruhepausen eingeleitet werden können. Die regelmäßige Überwachung solcher Marker gewährleistet einen datengesteuerten Ansatz bei der Betreuung von Sportlern und ermöglicht maßgeschneiderte Strategien, die die Belastbarkeit erhöhen, die Leistung verbessern und die langfristige sportliche Entwicklung unterstützen. Entscheidend in der Interpretation dieser Werte ist der regelmäßige Austausch mit dem Sportler, um so auch die subjektive Einschätzung mit in den Entscheidungsprozess zu integrieren und Fehlinterpretationen zu vermeiden.

Biomechanik – Bewegungsmuster objektiv analysieren und individuell anpassen

Biomechanische Analysen liefern wichtige Erkenntnisse für die individua­lisierte Betreuung von Sportlern. Jeder Mensch bewegt sich anders, geprägt durch Muskelkontrolle, Gelenkstruktur, Koordination und Bewegungserfahrung. Diese individuellen Bewegungsmuster beeinflussen sowohl das Verletzungsrisiko als auch die Leistungs­fähigkeit. Moderne Technologien wie Motion-Capture-Systeme, Kraftmessplatten oder Elektromyographie (EMG) ermöglichen eine möglichst objektive Erfassung dieser Muster. Auf Basis der gewonnenen Daten können gezielte Analysen durchgeführt und Anpassungen des Techniktrainings und der Belastungsgestaltung abgeleitet werden, mit dem Ziel, Bewegungen effizienter zu gestalten, Überlastungen zu vermeiden und sportartspezifischen Anforderungen besser gerecht zu werden. Die EMG-Diagnostik liefert wertvolle Hinweise zur muskulären Ansteuerung und ermöglicht es in der Prähabilitation, neu-romuskuläre Defizite frühzeitig zu identi­fizieren und mittels biofeedback­basier­ter Aktivierung gezielt zu korrigieren. Biomechanische Analysen leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Leistungsoptimierung und Verletzungsprävention und sind ein wesentlicher Bestandteil personalisierter sportmedizinischer Konzepte.

Wearable Technology und Echtzeit-Überwachung

Die Integration tragbarer Geräte mit integrierten Sensoren ermöglicht die kontinuierliche Erfassung von Vitalparametern, Bewegungsmustern und Belastungsdaten. In Echtzeit liefern diese Wearables Informationen zu Variablen wie Herzfrequenzvariabilität (HRV), Sauerstoffsättigung und biomechanischer Effizienz. Diese Erkenntnisse ermöglichen eine sofortige Anpassung der Trainingsintensität und -technik, um die Leistung zu optimieren und gleichzeitig das Verletzungsrisiko zu minimieren. Zu den jüngsten Entwicklungen gehören KI-gesteuerte intelligente Sportbekleidungen, die mit Hilfe von integrierten Sensoren bspw. die Muskelaktivierung und Atemmuster überwacht und Echtzeit-Feedback zur Qualität der Trainingsausführung liefern können [6].

Präzisionsstrategien für Flüssigkeitszufuhr und Ernährung

Individualisierte Flüssigkeitszufuhr- und Ernährungspläne sind entscheidende Komponenten der Präzisionsmedizin im Sport. Durch die Analyse der individuellen Schweißzusammensetzung und der Stoffwechselreaktionen können Ernährungswissenschaftler den Elektrolytersatz und die Diätpläne auf die spezifischen Bedürfnisse jedes Sportlers ab­stimmen. Dieser personalisierte Ansatz gewährleistet eine optimale Energieverfügbarkeit, verbessert die Erholung und unterstützt die allgemeine Gesundheit. Genetische Tests spielen bei der Bestimmung des Ernährungsbedarfs ebenfalls eine Rolle, da bestimmte Genvarianten den Nährstoffstoffwechsel beeinflussen können, was zu effektiveren Ernährungsstrategien führt. 

Pharmakogenomik und Verletzungsmanagement

Die Pharmakogenomik – die Untersuchung der Auswirkungen von Genen auf die Reaktion einer Person auf Medikamente – ermöglicht die individuelle Anpassung von Medikamentenplänen für die Behandlung von Verletzungen und die Schmerztherapie. Das Verständnis der genetischen Variationen im Arz­nei­­mittelstoffwechsel hilft bei der Auswahl der wirksamsten Medikamente mit minimalen Nebenwirkungen, wodurch die Genesungsergebnisse verbessert und die Ausfallzeiten reduziert werden. Dieser Ansatz stellt sicher, dass Medikamente und Erholungsprogramme genau auf die genetische Veranlagung eines jeden Sportlers abgestimmt sind, was die Leistung verbessert, und das Verletzungsrisiko verringert [7]. 

Neurokognition

Die Verbesserung der Neurokognition bietet Sportlern erhebliche Vorteile, da sie die geistige Verarbeitungsgeschwindigkeit, die Aufmerksamkeit, die Reaktionszeit und die Entscheidungsfindung unter Druck verbessert, Schlüsselkomponenten für sportliche Höchstleistungen. Im Rahmen eines präzisionsmedizinischen Ansatzes werden diese Inter­ventionen auf das kognitive Profil des einzelnen Sportlers zugeschnitten und ermöglichen maßgeschneiderte Strategien, die das körperliche Training ergänzen. Kognitive Verbesserungen können den Athleten helfen, Spielzüge besser zu antizipieren, sich an wechselnde Umgebungen anzupassen und sich in kritischen Situationen zu konzentrieren, was zu einem Wettbewerbsvorteil bei der Leistung führen kann. Diese ganzheitliche Strategie stellt sicher, dass die Sportler nicht nur körperlich, sondern auch geistig optimal auf den Erfolg vorbereitet sind. Zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen belegen, dass jede periphere Verletzung mit einer Veränderung in verschieden Abschnitten des Gehirns einhergehen kann. Diese Erkenntnisse verlangen auch neue, individualisierte Präventions- und Rehastrategien und erlauben auch vor operativen Eingriffen als Prähabilitation eine individuelle Vorbereitung der Sportler. Tools wie SkillCourt sind ein Beispiel für die Integration des neurokognitiven Trainings in die Präzisionssportmedizin. SkillCourt nutzt eine interaktive, datengesteuerte Technologie, um visuelle Wahrnehmung, kognitive Beweglichkeit und motorische Koordination in Echtzeit zu messen, zu analysieren und zu trainieren. Durch die Analyse der Leistung eines Sportlers bei diesen Aufgaben können Trainer und Ärzte kognitive Stärken und Defizite erkennen und so gezielte Maßnahmen zur Verbesserung des gesamten Spielverlaufs ergreifen. Die Integration solcher Hilfsmittel in das Trainingsprogramm eines Sportlers unterstützt die Verletzungsprävention, die Rehabilitation sowie eine anhaltende Spitzenleistung und schließt die Lücke zwischen Gehirnfunktion und körperlicher Ausführung im Sport [8 – 10]. 

Künstliche Intelligenz und prädiktive Analysen

Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI), insbesondere von Verfahren des maschinellen Lernens, ermöglicht in der Sportmedizin die präzise Analyse großer, komplexer Datensätze, um Verletzungsrisiken und Leistungstrends vorherzusagen. Durch die Verarbeitung von Daten aus unterschiedlichen Quellen, wie bspw. Wearables, Trainingsprotokollen und medizinischen Aufzeichnungen können KI-Modelle Muster erkennen und verwertbare Erkenntnisse liefern, die proaktive Eingriffe und strategische Planung erleichtern. Predictive Analytics und maschinelles Lernen verändern die Strategien zur Verletzungsprävention in der Sportmedizin, indem sie große Datenmengen analysieren, um Muster und Trends zu erkennen, die auf ein erhöhtes Verletzungsrisiko hinweisen. Unerlässlich ist eine durchdachte Datenstrategie, denn nicht die Menge, sondern Relevanz, Qualität und zielgerichtete Nutzung entscheiden über den Erfolg präzisionsmedizinischer Anwendungen.

(Anmerkung der Redaktion: Lesen Sie dazu auch einen Artikel von Frau Prof. Dr. Hecksteden)

Fazit

Die Integration der Präzisionsmedizin in den Profisport stellt einen Paradigmenwechsel in der Betreuung von Sportlern und der Leistungsoptimierung dar. Durch individualisierte Ansätze, die auf genetischen Erkenntnissen, Echtzeitüberwachung und individualisierten Analysen beruhen, können Sportorganisationen die Langlebigkeit, die Leistung und das allgemeine Wohlbefinden von Athleten nachhaltig verbessern. Alle genannten Technologien sind heute bereits verfügbar und sollten im Rahmen einer sportmedizinischen Grunduntersuchung gezielt eingesetzt werden, um die Ausgangssituation umfassend zu erfassen und individuelle Defizite frühzeitig zu erkennen. Auf dieser Basis lassen sich maßgeschneiderte Interventionsprogramme entwickeln, die durch regelmäßige Re-Tests angepasst werden können, um dynamisch auf Veränderungen zu reagieren. Mit der fortschreitenden technologischen Entwicklung wird das Potenzial der Präzisionsmedizin, die sportliche Leistung und das Gesundheitsmanagement zu revolutionieren, immer greifbarer.

Literatur

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[5] Gibbs, W. Biomarkers and ageing: The clock-watcher. Nature 508, 168–170 (2014). https://doi.org/10.1038/508168a

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Da die Anwendung von EMG in ihren Einsatzbereichen stark variiert, wurde eine allgemeine Unterscheidung in Tabelle 1 skizziert. Das hier beschriebene Beispiel betrifft die Anwendungsfälle A und B. Ein EMG-Mapping vergleicht drei Aktivitätszustände: Den „Ruhetonus“, die „willkürliche Aktivierung“ und die „unwillkürliche Aktivierung“. 

Der  „Ruhetonus“ wird im Stehen gemes­sen und sollte eine maximale Aktivität von 20 µV nicht überschreiten (Ausnahmen: Beckenboden / M. Transversus abdominis und M. soleus). Wenn Abnormalitäten im Sinne einer Hyperaktivität festgestellt werden, sollten detonisierende Maßnahmen in Betracht gezogen werden. Auch eine intensive Aktivierung der betroffenen Muskelgruppen kann helfen den gemessenen Tonus zu reduzieren. Die „willkürliche Aktivierung“ oder die Fähigkeit, einen Muskel bewusst zu aktivieren, verbessert die Kontrolle eines Athleten über sein Kraftpotential und kann bereits nach wenigen Trainingseinheiten signifikant verbessert werden. Die „unwillkürliche Aktivierung“ visualisiert die Muskelökonomie während der Bewegung. Hohe Aktivitätswerte, die bei dieser Bewegungsaufgabe erreicht werden, sind nicht pauschal als „gut“ zu bewerten. Sie können auch auf eine Schwäche hinweisen, die durch eine hohe Anstrengung /Aktivierung kompensiert wird. Die unwillkürliche Aktivität sollte daher immer im Verhältnis zum Ruhetonus und zur willkürlichen Aktivierung interpretiert werden. Zusätzlich hilft die Berechnung eines Balance Scores inter- & intramuskuläre Differenzen zu detektieren. 

Auffällige Ergebnisse des Mappings sollten zu einem anschließenden Biofeedback-Training führen, um sowohl die willkürliche als auch die unwillkürliche Aktivierung zu verbessern. Dabei ist zu beachten, dass die muskelspezifische Aktivität nur verbessert werden kann, wenn zusätzliche Parameter wie der volle Bewegungsumfang (ROM) und der angepasste Widerstand gemäß dem individuellen Kraftziel berücksichtigt werden. Dynamische Trainingsübungen sind ebenso wichtig, um eine gezielte und schnelle Muskelaktivierungsfähigkeit in sportartspezifischen Bewegungen zu gewährleisten.

Die Bedeutung des M. gluteus medius (GM)

Der GM ist entscheidend für die Stabilisierung des Beckens, die Hüftaußenrotation und die Unterstützung des unteren Rückens, was zu einer verbesserten Haltung (Kontrolle des Beckens und Stabilität der Hüfte) und Effizienz in der Bewegungsausführung führt. Seine ordnungsgemäße Funktion kann Verletzungen, bspw. in Situationen einseitiger Belastung vorbeugen. Die Analyse von EMG-Untersuchungen an 48 männlichen Fußballspielern aus Deutschlands drei Top-Ligen ergab Unterschiede in der willkürlichen Akti­vierung des GM (Durchschnitt: 430 µV [± 215 µV], Bereich: 140 – 1133 µV). Ähnliche Muster wurden in der unwillkürlichen Aktivierung beobachtet (Durchschnitt: 449 µV [±168 µV], Bereich: 219 – 1116 µV), wobei die höchsten Durchschnittswerte bei Spielern in der ersten Bundesliga festgestellt wurden. Diese Daten dienen als Orientierungshilfe und beanspruchen keine strenge wissenschaftliche Gültigkeit.

Beispiel: Belastungsabhängige Hüftschmerzen 

Die folgende Fallstudie veranschaulicht das Zusammenspiel von Screenings und Biofeedback-Trainingseinheiten des GM anhand eines Spielers mit belastungsabhängigen Hüftschmerzen. Beim Fußball ist insbesondere im Standbein die sagittale Stabilität entscheidend, um eine optimale Leistung und Bewegungsökonomie zu gewährleisten. Die Bewertung der neuromuskulären Funktion des GM dient in diesem Zusammenhang als wichtiger Parameter.

Initiales Mapping des M. gluteus medius (Abb. 2 a) 

Das standardisierte Mapping des GM besteht insgesamt aus sechs Übungen und beginnt immer mit der Ruhepositionsmessung, die in diesem Fall Ergebnisse unterhalb der Richtlinie von 20 µV zeigte. Die zweite Übung besteht darin, beide Gesäßmuskeln gleichzeitig anzuspannen (willkürliche Aktivierung).

Hier erreicht der Spieler einen Balance Score von 74 % und lag damit leicht unter dem Symmetrieziel von 80 %. Ein signifikanter Unterschied zeigte sich in den einseitig isolierten Aktivierungsübungen drei und vier. Der linke GM kann „isoliert“ angesprochen werden und erreichte bei einem Balance Score von 89 % eine Aktivität von 119 µV. Der rechte GM erreichte einen Balance Score von 55 %, bei kompensatorischer gleichzeitiger Aktivierung des linken GM 62 µV). Die letzte Übung „Einbeinstand links und rechts“ zielt auf die unwillkürliche, stabilisierende Aktivierung ab und war mit Werten von 400 µV unauffällig.

Biofeedback-Training

Im Biofeedback-Trainingsmodus sieht der Spieler die Muskelaktivitätswerte der EMG-Sensoren vor sich auf einem Tablet-Bildschirm und visuelle Ziele in der EMG-Skala können individuell festgelegt werden (externer Fokus). Diese Einstellung hilft dem Athleten, ein grundlegendes Gefühl dafür zu entwickeln, seinen GM anzusteuern, und bildet die Grundlage zur Verbesserung der willkürlichen und „isolierten“ willkürlichen Aktivierung. Die visuelle Rückmeldung in Echtzeit verbessert das Körperbewusstsein und die Motivation des Athleten sowie die Compliance, was alles wichtige Voraussetzungen für die kommenden Übungen sind. Um das Gelernte auf unwillkürliche Bewegungen zu übertragen, wurden Einbeinstand-Übungen mit Hüftaußenrotation des angeho­benen Spielbeins durchgeführt. Es ist entscheidend, sicherzustellen, dass der Athlet einen stabilen, kontrollierten und sicheren Einbeinstand hat. Wenn die EMG-Aktivität während der Übung abnimmt oder stagniert, deutet dies auf eine Kompensation durch andere Muskeln hin. Die willkürliche (isolierte) Aktivierung und einbeiniges Stehen mit Hüftaußenrotation sind einfache Übungen für zu Hause oder zum Aufwärmen, um die bewusste willkürliche Aktivierung des GM zu verbessern. Verbesserungen sollten bereits nach der ersten Trainingseinheit spürbar sein, spätestens jedoch nach einigen Tagen aktiver Übung.

Targeting Tricks

Athleten können bei ihrem Verständnis für die willkürliche Aktivierung des GM mit zwei einfachen Tricks unterstützt werden. Trainer können den Muskel lokalisieren und den Athleten anleiten mit ihrem Daumen darauf zu drücken, während der Athlet versucht, den Daumen aktiv wegzudrücken. Zusätzlich kann es dabei von Vorteil sein, die Muskelkontraktion erst einmal durch eine Hüftaußenrotation des angehobenen Spielbeins während des einbeinigen Stehens einzuleiten. Der GM wird bei einer Hüftaußenrotation des angehobenen Spielbeins von etwa 30° spürbar.

Kontinuierlicher Einsatz im Athletiktraining

Der Athletiktrainer fügte nach dem EMG-Screening des Athleten Übungen für den GM im individuellen Trainingsplan hinzu. Die EMG-Messung während der Kraftübungen gewährleistete eine korrekte Ausführung und verbesserte die Effizienz der durchgeführten Übungen. Zum Beispiel kann eine vollständige Beckenstreckung während eines Seitstützes die Aktivierung um bis zu 200 µV erhöhen, was die Bedeutung kleiner Ausführungsanpassungen verdeutlicht. Eine EMG-Messung hilft auch dabei, Kompensationsmuster zu identifizieren, indem z. B. zusätzlich während der Übung die Akti­vität von Muskeln wie dem M. tensor fasciae latae und dem M. biceps femoris überwacht wird, was es Trainern / Therapeuten ermöglicht, entsprechende Korrekturen vorzunehmen.

Ergebnisse der ersten Phase (Abb. 2 b) 

Nach drei Wochen Trainings-Intervention blieb der Ruhetonus unauffällig und die willkürliche Aktivierung (Squeeze Your Glutes) wurde beidseits erheblich von 100 µV auf über 600 µV verbessert. Da ein Krafttraining in der Wettkampfphase nur begrenzt durchgeführt werden kann, wird diese Zunahme weniger auf Kraftzuwächse zurückgeführt, sondern vielmehr durch eine deutlich verbesserte willkürliche Aktivierung erklärt. Dies zeigt sich auch in der isolierten willkürlichen Aktivierung (Squeeze Your Left /Right Glute) mit höheren µV-Werten und besseren Balance Scores. Auch die unwillkürlichen Übungen (Einbeinstand) verzeichneten höhere Werte, mit einer Asymmetrie von 69 % im Balance Score, die in der nächsten Trainingsphase adressiert wurde.

Re-Test in Mid-Season Screening (Abb. 2 c)

Nach einer Phase ohne intensive EMG-Überwachung und Mapping wurde der hier vorgestellte Athlet während des Mid-Season Screenings des Teams erneut untersucht. Die willkürliche Aktivierung blieb gut, zeigte jedoch ein linksdominantes Ungleichgewicht und eine leicht erhöhte Aktivität des passiven Muskels auf jeder Seite. Diese Muster könnten auf das Fehlen gezielter Trainings zur bewussten willkürlichen Aktivierung zurückzuführen sein. Bemerkenswert war ein signifikanter Rückgang der unwillkürlichen Aktivierung des GM während des Einbeinstandes auf der rechten Seite, der auf den Wert des initialen Mappings zurückfiel (Abb. 2 A). Dies verdeutlicht, wie schnell sich die Muskelaktivierung verändern kann. Sie kann ohne regelmäßiges Training verlernt werden, aber entsprechend auch durch gezieltes Biofeedback-Training wieder rasch verbessert werden. Abbildung 3 zeigt diese Entwicklung über die drei verschiedenen Messungen für die Übung „Squeeze Your Right Glute“. Sie zeigt den Anstieg nach drei Wochen Intervention und einen leichten Rückgang nach sechs Monaten.

Fazit 

EMG-Untersuchungen bieten Einblicke in die Muskelaktivität und unterstützen die individuelle Diagnostik. Biofeedback-Training verbessert die Fähigkeit zur Muskelaktivierung und kann den Athleten bei der effizienten Ausführung von Übungen unterstützen.

Angesichts der Vielzahl von Diagnostikverfahren, mit denen Athleten konfrontiert werden, kann es eine Herausforderung darstellen, ihr Engagement und ihre Motivation zu gewinnen. Biofeedback-Training, das ein direktes visuelles Feedback bietet und positive Veränderungen zeigt, kann dabei eine unterstützende Wirkung haben.

Die erfolgreiche Integration von EMG in den sportlichen Alltag erfordert benutzerfreundliche, intuitive, vorzugsweise drahtlose Systeme für einen flexi­blen und effektiven Einsatz. Die Mög­­lichkeit, Daten schnell zu erheben und aussagekräftig zu interpretieren, ist im Profisport entscheidend.

As the EMG application differs greatly in its areas of use, a general distinction has been outlined in Table 1. The use case described here addresses use cases A and B. An EMG mapping compares three activity states. The “Resting tone” is measured while standing and should not exceed a maximum activity of 15 µV (exept for pelvic floor/transversus area and the soleus muscle). If abnormalities are found, detonic measures should be considered and intensive activation can help. “Voluntary activation”, or the ability to intentionally activate a muscle, enhances an athlete’s control over their strength and can be significantly improved in just a few training sessions. “Involuntary activation” visualizes the muscle economy during movement and is mostly displayed as a balance score. High activity values reached in this test are not necessarily “good”. They may indicate weakness compensated by high effort (high activity). Therefore involuntary activity should always be interpreted in relation to resting tone and voluntary activation.

Mapping results should always lead to biofeedback training to improve both voluntary and involuntary activation. Muscle-specific strength can only be enhanced considering additional para­meters such as full ROM and adjusted resistance according to the individual strength goal. Dynamic training exercises are equally important to ensure targeted and rapid muscle activation ability in sport-specific movement. This should be illustrated using the selected use case for the gluteus medius of a professional football player.

The Importance of Gluteus medius

The GM is crucial for stabilizing the pelvis and supporting the lower back, leading to improved posture (pelvic control and hip stability) and movement efficiency. Its proper function can help prevent injuries in unilateral loading situations. The analysis of EMG scree­nings of 48 male football players from Germany’s top three leagues revealed significant variability in the voluntary activation of the gluteus medius (average: 430 µV [± 215 µV], range: 140 – 1133 µV). Similar patterns were observed in involuntary activation (average: 449 µV [± 168 µV], range: 219 – 1116 µV), with the highest averages found among players in the first Bundesliga. These data serve as guidance and do not claim strict scientific validity.

Case: exertion-dependent hip pain

The following case study illustrates the interplay of mappings and biofeedback training sessions of the gluteus medius based on an athlete with exertion-­dependent hip pain. In football, especially in the supporting leg, sagittal stability is crucial to ensure optimal performance and economy. Evaluating the neuromuscular function of the gluteus medius serves as an important para­meter in this regard.

Initial gluteus medius mapping (see Fig. 2 a)

At the beginning, a standardized mapping of the gluteus medius was done with the athlete. The mapping consists of 6 exercises in total and always starts with the rest position, which in this case showed good results far below the guideline of 20 µV. The second exercise is squeezing both glutes (voluntary activation) in which the player reached a balance score of 74 % ending up slightly below the symmetry goal of 80 %. 

A significant difference showed up in the unilaterally isolated activation exercises three and four. The left gluteus can be addressed «alone” and reached 119 µV at a balance score of 89 %. But the right gluteus only reached a 55 % balance score, as the left gluteus compensates when the athlete is asked to individually squeeze his right muscle.

The last exercise “one leg stands left and right” aim at the involuntary activation and have been unremarkable as they nearly reached the 400 µV guideline each side.

Biofeedback Training

In biofeedback training mode the player sees the muscle activity values of the EMG sensors in front of him on a tablet screen and visual goals in the EMG scale can be set (external focus). This setting helps the athlete to develop a basic sense of targeting his gluteus medius and is the basis to improve voluntary and “isolated” voluntary activation. The real time visual feedback enhances body awareness and the athlete`s motivation and compliance, all of which are important requirements for the exercises to come. 

To transfer learnings to involuntary movements, single-leg standing with external rotation of the raised leg have been introduced. It is crucial to ensure that the athlete can control the weight. If activity decreases or stagnates with increasing additional weights, it indicates compensation by other muscles. Voluntary (isolated) activation and single-leg standing with external rotation are excellent simple exercises for home or pre-training use to enhance conscious voluntary activation of the gluteus medius. Improvements should be noticeable with the first training session, at the latest after a few days of active practice. 

Targeting Tricks

Athletes can be assisted with their understanding of voluntary activation of the gluteus medius with two simple tricks. Trainers can locate the muscle and then press down with their thumb while athletes try to push it away actively. Additionally, initiating muscle contraction with external rotation of the leg during single-leg standing, can be beneficial. The gluteus medius becomes noticeably palpable at an external rotation of the lifted leg at approximately 30 degrees. 

Continuous use in Athletic Training

The athletic trainer added gluteus medius exercises to the athlete’s individual training plan. Measuring activation during strength exercises ensured correct execution and enhanced exercise efficiency. For example, during a side plank, complete pelvic thrusting often increases activation by up to 200 µV, highlighting the importance of small execution adjustments. EMG also aids in identifying compensatory patterns by monitoring the activity of muscles such as the tensor fasciae latae and biceps femoris, allowing trainers/therapists to make appropriate corrections.

First phase results (Fig. 2 b)

After three weeks of intervention, the resting tone of the athlete remained stable, and voluntary activation (Squeeze Your Glutes) has been significantly improved from 100 µV to 600 µV both sides. Since strength training is limited in the competition phase, this increase is less attributed to strength gains but rather can be explained by a considerably better voluntary activation. This is also evident in isolated voluntary activation (Squeeze Your Left/Right Glute) with higher µV values and better balance scores. The involuntary exercises (One Leg Stand) also recorded higher values but an asymmetry of 69% balance score occurred, which has been addressed in the next training phase.

Re-Test in Mid-Season Screening (Fig. 2 c)

After a period without intensive EMG supervision and mapping, the presented athlete was reexamined during the team’s mid-season screening. Voluntary activation remained good but showed a left-dominant imbalance and slightly increased activity of the passive muscle on each side. These patterns may have developed due to the absence of targeted training for conscious voluntary activation. Remarkably, there was a significant decrease in the involuntary activation of the gluteus medius during the One Leg Stand on the right, returning to the value of the initial mapping (see Fig. 2 A). This highlights how quickly muscle activation can change. It can be unlearned without regular training but also rapidly improved again by targeted biofeedback training. Figure 3 shows this development over the three different measurements of the athlete for the exercise Squeeze Your Right Glute. It shows the increase after 3 weeks intervention and a slight decrease after 6 months.

Conclusion

EMG screenings provide deep insights into muscle activity and support indivi­dual diagnostics. Biofeedback training improves the muscle activation ability and assists the athlete intuitively with the efficient execution of exercises. 

With the multitude of diagnostics presented to athletes, it can be challenging to stimulate their engagement and motivation. Biofeedback training, offering immediate visual feedback and showing positive changes, can have a positive supportive effect. 

Successful integration of EMG into athletic routines requires user-friendly, intuitive, preferably wireless systems for flexible and effective use. The opportunity to rapidly collect and interpret data is crucial in professional sports.