Funktionelle Reagibilität

Grundlage optimalen Trainings und hoher sportlicher Leistung

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Sportliche  Leistungen sind an das optimale Zusammenwirken aller Funktionsabläufe des Organismus gebunden. Eine große Rolle spielt dabei die schnelle Anpassung aller physiologischen Teilfunktionen nicht nur an geänderte äußere, sondern auch innere Bedingungen. Die Fähigkeit zur schnellen Anpassungsfähigkeit bezeichnen wir als „funktionelle Reagibilität“ [4]. Sie unterliegt verschiedenen, oft zyklisch ablaufenden Faktoren und sollte bei der Trainingssteuerung berücksichtigt werden.

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. 

Abb. 1 Relation zwischen Erregungsniveau und Leistung (nach Yerkes und Dodson, 1908, [14]). A – Bereich geringer Aktivierung; durch gezielte Maßnahmen zur Erhöhung des Aktivierungsniveaus (z.B. Erwärmung) kann die Effektivität des Bewegungsresultates gesteigert werden; B – Bereich optimaler Effektivität der Ausführung von Bewegungsleistungen (Genauigkeit, Schnelligkeit, Kraft), dieser Zustand muss z.B. durch geeignete Belastungsgestaltung möglichst lange aufrecht erhalten werden; C – Überaktivierung z. B. durch Medikamente oder Stress, muss zu Bereich A zurückgeführt werden. Über- und Fehlbelastungen, die zu Dysfunktionen führen sind in den Bereichen A und C wahrscheinlicher als in B.

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]. 

Abb. 2 Das Funktionelle System des Verhaltens nach P.K. Anochin (1967 [1,2]) Zyklischer Regelkreis mit dem Bewegungsresultat als Zielgröße mit Afferenz und Reafferenz des erzielten Resultates zum ZNS; Strukturen des ZNS bilden die Bestandteile des funktionellen Systems: Entscheidungsfindung, Aufstellung des Bewegungsplanes mit Programmierung und Koordination der Bewegung (Efferenzsynthese) und Aktionsakzeptor zum Vergleich des erzielten Resultates mit dem Bewegungsprogramm.

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

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ist Facharzt für Physiologie. Er ist Herausgeber der Zeitschrift Manuelle Medizin und Geschäftsführer der Ärztevereinigung für Manuelle Medizin (ÄMM) e.V.

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