Dissertation Julian Bergmann

Der Einfluss von Motor Imagery und Postactivation Potentiation auf die Leistungsfähigkeit in maximalen Drop Jumps und die neuromuskuläre Aktivität

Dissertation | Dr. Julian Bergmann

Abstract in general

Reactive movements play an important role in everyday activities as well as in sports movements such as jumps. The present thesis addresses the acute effects of Motor Imagery and preceding reactive hops on performance in maximal drop jumps. In addition, neuro-muscular measurements were performed to identify how these interventions potentially contribute to performance changes in jumps.

The present thesis is the summary of three experimental studies:
The first study aimed to evaluate the effects of preparatory Motor Imagery on the performance and neuro-muscular control of subsequent drop jumps. Directly after Motor Imagery participants showed a significantly (3%) higher performance index compared to control jumps. In drop jumps following the Motor Imagery sequence, higher muscle activation before and in the early phase after ground contact in the “antigravity” lower leg muscles could be shown.

The purpose of the second study was to investigate the effects of ten maximal hops as conditioning contractions on performance and neuro-muscular control in subsequent drop jumps. In the drop jumps with preceding conditioning hops drop jump rebound height was significantly increased (12%) compared to control jumps. However, no statistical differences between these conditions could be shown in regard to the EMG activity of the observed leg muscles.

The third study aimed to determine the effects of different rest intervals between the conditioning hops and the subsequent drop jumps. Rest intervals of 10 s, 30 s, 60 s and 180 s were used. The most beneficial interval between the hops and the subsequent drop jump was the shortest examined interval which was 10 s.

In summary, Motor Imagery as well as preparatory conditioning hops can be beneficial for increasing the performance in maximal drop jumps. However, the underlying mechanisms for the performance increases seem to differ between the interventions. While the improved drop jump performance after Motor Imagery can be explained at least partly by an increase of neuro-muscular drive, the lack of change in EMG activities after the conditioning hops suggests that the underlying mechanisms for higher drop jump performance after preceding reactive hops are more likely intramuscular than neural in nature.

Allgemeine Zusammenfassung

Reaktive Bewegungen spielen sowohl in alltäglichen als auch in sportspezifischen Bewegungen, wie beispielsweise in Sprüngen eine bedeutsame Rolle. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den akuten Effekten von Motor Imagery und vorbereitenden Hoppings auf die Leistungsfähigkeit in reaktiven Niederhochsprüngen (Drop Jumps). Zudem wurde der Einfluss der Interventionen auf die neuro-muskuläre Kontrolle während der Sprünge untersucht, um Rückschlüsse auf die zugrundeliegenden Mechanismen potenzieller Leistungsveränderungen ziehen zu können. Die vorliegende Arbeit ist die Zusammenfassung von drei experimentellen Untersuchungen:

In der ersten Studie wurde der Effekt von Motor Imagery auf die Leistung und die neuro-muskuläre Kontrolle in Drop Jumps untersucht. Infolge der dreimaligen Vorstellung eines Drop Jumps, unmittelbar vor der Ausführung desselbigen, zeigten die Probanden einen um 3% (p<0.05) gesteigerten Reaktivkraftindex, der ein Kriterium für die Leistungsfähigkeit in reaktiven Bewegungen darstellt. In den Sprüngen nach der Imagination zeigten die Probanden kurz vor als auch in der frühen Phase nach Bodenkontakt eine signifikant höhere Muskelaktivität in der antigravitatorisch arbeitenden Unterschenkelmuskulatur.

In der zweiten Studie wurde der Effekt von zehn vorausgehenden maximalen Hoppings als Konditionierungsaktivität auf die Leistung und die neuro-muskuläre Kontrolle in Drop Jumps untersucht. Infolge des Einsatzes der Konditionierungs-Hoppings, als Vorbereitung auf einen nachfolgenden Drop Jump, wurde eine um 12% signifikant höhere Sprunghöhe gegenüber den Kontrollsprüngen festgestellt. Hinsichtlich der Muskelaktivität ergaben sich keine statistischen Differenzen zwischen den Bedingungen.

Ziel der dritten Studie war die Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Pausenlängen nach den zehn maximalen Hoppings auf die Leistung in darauffolgenden Drop Jumps. Zur Identifizierung einer potenziellen zeitlichen Charakteristik wurden Pausenlängen von 10 s, 30 s, 60 s und 180 s eingesetzt. Als das effektivste Intervall zwischen den Hoppings und den darauffolgenden Drop Jumps erwies sich die kürzeste der untersuchten Pausen.

Zusammenfassend kann konstatiert werden, dass sowohl Motor Imagery als auch reaktive Hoppings als unmittelbare Vorbereitung vor maximalen Drop Jumps leistungssteigernde Effekte haben können. Die zugrundeliegenden Mechanismen für die Leistungspotenzierung scheinen jedoch unterschiedlich zu sein. Beim Motor Imagery kann die Leistungssteigerung in nachfolgenden Drop Jumps durch eine veränderte neuro-muskuläre Ansteuerung der Muskulatur begründet werden, wohingegen der leistungssteigernde Effekt der Konditionierungs-Hoppings sehr wahrscheinlich auf intramuskuläre Faktoren zurückzuführen ist.

Allgemeine Einleitung

Niederhochsprünge (Drop Jumps) stellen die klassische experimentelle Untersuchungsform der reaktiven Kraftfähigkeit dar. Alltägliche und vor allem Bewegungen in sportlichem Kontext besitzen häufig reaktiven Charakter. Reaktive Bewegungen zeichnen sich durch eine schnell nacheinander ablaufende, nachgebende (exzentrische) und anschließend überwindende (konzentrische) Arbeitsweise aus. Während der exzentrischen Phase von reaktiven Bewegungen ist das tendo-muskuläre System in der Lage, in den seriell- und parallelelastischen Strukturen kinetische Energie zu speichern. In der sich anschließenden konzentrischen Phase kann die gespeicherte Energie freigegeben werden und es kommt zu einer Kraft- und Leistungszunahme im Vergleich zu einer konzentrischen Kontraktion ohne vorhergehende Exzentrik (Komi, 2003). Die Voraussetzung für die Speicherung kinetischer Energie in den elastischen Elementen des Muskel-Sehnen-Komplexes ist die Steifigkeitsregulierung der Muskulatur (Anderson & Pandy, 1993; Asmussen & Bonde-Peteren, 1974). Die Steifigkeitsregulierung wird sowohl von mechanischen Eigenschaften des Muskel-Sehnen-Komplexes als auch durch die neuronale Kontrolle muskulärer Aktivität bestimmt (Anderson & Pandy, 1993; Cavagna, 1977; Komi, 2003).

Auf Grundlage der aktuellen wissenschaftlichen Studienlage kann vermutet werden, dass durch Motor Imagery sowie durch vorbereitende Hoppings ein positiver Effekt auf die Leistungsfähigkeit in reaktiven Bewegungen erzielt werden kann. Eine potenziell eintretende Leistungssteigerung erfolgt dabei am ehesten akut, also zeitlich direkt im Anschluss an die jeweilige Intervention. Die Ursache potenzieller Leistungssteigerungen durch Motor Imagery und vorbereitenden Hoppings könnte in der Modulation der neuro-muskulären Aktivität liegen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den akuten Effekten von Motor Imagery und  vorausgehenden Hoppings auf die Leistungsfähigkeit in Drop Jumps und mit den möglicherweise zugrundeliegenden Anpassungen der neuro-muskulären Aktivität während der Sprünge.

Motor Imagery

Motor Imagery ist die reine Vorstellung einer motorischen Bewegung, ohne dass diese tatsächlich ausgeführt wird (Jeannerod, 1995). Es gibt wissenschaftliche Befunde, die belegen, dass Motor Imagery zu einer Steigerung der maximalen willkürlich aufzubringenden Kraft führen kann. Dies wurde sowohl bei einem langfristigen Einsatz im Rahmen eines Trainingsprogrammes (Ranganathan, Siemionow, Liu, Sahgal & Yue, 2004; Shackell & Standing, 2007; Smith, Collins & Holmes, 2003; Yue & Cole, 1992; Zijdewind, Toering, Bessem, Van Der Laan & Diercks, 2003) nachgewiesen, als auch wenn Motor Imagery als akute Intervention direkt vor der motorischen Aufgabe vollzogen wurde (Elko & Ostrow, 1992; Shelton & Mahoney, 1987; Tynes & McFatter, 1987).

Ursächlich für die Steigerung der willkürlichen Maximalkraft durch Motor Imagery werden neurophysiologische Mechanismen genannt (Ranganathan et al., 2004; Shackell & Standing, 2007; Yue & Cole, 1992). Es konnte gezeigt werden, dass Motor Imagery unterschwellige Aktivierungen spinaler (Bonnet, Decety, Jeannerod & Requin, 1997) und/oder kortikaler Neurone (Facchini, Muellbacher, Battaglia, Boroojerdi & Hallett, 2002; Fadiga et al., 1999; Hashimoto & Rothwell, 1999; Rossini, Rossi, Pasqualetti & Tecchio, 1999; Stinear, Byblow, Steyvers, Levin & Swinnen, 2006) bewirkt, die auch während der tatsächlich ausgeführten Bewegung aktiv sind. Die unterschwellige Aktivierung der Neurone scheint zu einer Herabsetzung der motorischen Schwelle zu führen, die wiederum bewirkt, dass diese Neurone leichter innerviert werden (Gandevia, Wilson, Inglis & Burke, 1997; Li, Kamper, Stevens & Rymer, 2004; Schnitzler, Salenius, Salmelin, Jousmaki & Hari, 1997). Die erleichterte Innervation von Neuronen könnte bei reaktiven Bewegungen eine Bahnung kortikaler und reflexinduzierter Potenziale bewirken und somit eine Steigerung der Muskelaktivität vor und während der Bodenkontaktphase zur Folge haben. Bei einer Modifikation der muskulären Aktivitätsmuster während reaktiver Bewegungen kann davon ausgegangen werden, dass auch die sportliche Leistungsfähigkeit beeinflusst werden würde.

Es fehlt bislang an wissenschaftlichen Untersuchungen hinsichtlich der Frage, ob Motor Imagery einen positiven Effekt auf die Leistungsfähigkeit in darauffolgenden reaktiven Bewegungen wie Drop Jumps bewirkt. Zudem ist bislang unklar, ob bzw. in welcher Art und Weise eine vorherige motorische Imagination die neuro-muskuläre Aktivität kurz vor und während der Bodenkontaktphase von Drop Jumps verändert.

Vorbereitende Hoppings

Konditionierungsaktivitäten stellen eine weitere potenzielle Möglichkeit dar, die motorische Leistungsfähigkeit in Sprüngen akut positiv zu beeinflussen. Studien belegen, dass infolge von isometrischen oder dynamischen hochintensiven Kontraktionen Leistungssteigerungen in Drop Jumps (French, Kraemer & Cooke, 2003; Güllich & Schmidtbleicher, 1996) und in Hockstrecksprüngen (Comyns, Harrison, Hennessy & Jensen, 2006; Gilbert & Lees, 2005; Gourgoulis, Aggeloussis, Kasimatis, Mavromatis & Garas, 2003; Jensen & Ebben, 2003; Kilduff et al., 2008) realisiert wurden. Auf der anderen Seite liegen Studienergebnisse vor, die in Hockstrecksprüngen nach isometrischen oder dynamischen hochintensiven Konditionierungsaktivitäten keine Leistungsänderung (French et al., 2003; Hanson, Leigh & Mynark, 2007; Mangus et al., 2006; Robbins & Docherty, 2005) oder sogar Leistungsminderungen (Jensen & Ebben, 2003) zeigten.

In der Literatur wird von drei potenziellen Mechanismen berichtet, die ursächlich für Leistungssteigerung nach einer Konditionierungsaktivität sein könnten. Mögliche Mechanismen stellen eine (i) gesteigerte Phosphorylierung von leichten Myosinketten, (ii) eine erhöhte motoneuronale Erregbarkeit und/oder (iii) eine Veränderung des Muskel-Fiederungswinkels infolge der Konditionierungsaktivität dar.

Die Kraftentfaltung eines Muskels entsteht durch den Querbrückenzyklus, bei dem die Myosinköpfchen abkippen und sich somit entlang des Aktins ziehen (Hohmann, Lames & Letzelter, 2003). Ein Myosin-Molekül besteht aus zwei schweren Myosinketten, an deren Enden die regulatorischen leichten Ketten (Regulatory Light Chains - RLC) gebunden sind und an die wiederum die Myosinköpfchen angrenzen. Jede RLC besitzt eine spezifische Bindestelle für Phosphatmoleküle. Die Phosphorylierung der RLC wird durch das Enzym Myosin Light Chain Kinase katalysiert. Dieses Enzym wird durch die Kalziummoleküle aktiviert, die aus dem sarkoplasmatischen Retikulum in die Muskelzelle gelangen, wenn ein Aktionspotenzial die Muskelfasermembran erreicht (Tillin & Bishop, 2009). Es wird vermutet, dass die Phosphorylierung der RLC eine Sensivitätssteigerung des Aktin-Myosin-Komplexes gegenüber Kalziumionen bewirkt und somit zu einer gesteigerten Muskelleistung führt (Hodgson, Docherty & Robbins, 2005; Szczesna et al., 1985). Es ist wissenschaftlich fundiert, dass durch eine vorbereitende, willkürliche Aktivität eines Muskels dessen nachfolgende elektrisch evozierte Kraft (Hamada, Sale, MacDougall & Tarnopolsky, 2000; Shima, Rice, Ota & Yabe, 2006) sowie die assoziierte Kraftanstiegsrate (Shima et al., 2006) erhöht werden können. Dieses Phänomen der gesteigerten Muskelleistung nach einer Konditionierungsaktivität wird als Postaktivierungspotenzierung (PAP) bezeichnet (Gossen & Sale, 2000). Diese isoliert im Labor zu beobachtende Steigerung der Muskelleistung kann möglicherweise auf die komplexe Leistung in nachfolgenden Bewegungen übertragen werden.

Neben dem intramuskulären Mechanismus der gesteigerten Phosphorylierung der leichten Myosinketten, wird ein neuro-physiologischer Mechanismus als mögliche Ursache für eine gesteigerte  Leistung in sportlichen Bewegungen nach Konditionierungsaktivitäten angesehen (Hodgson et al., 2005). Ursächlich für die Leistungszugewinne könnte eine gesteigerte Erregbarkeit der α-Motoneurone sein. Eine Erregbarkeitssteigerung von Motoneuronen auf spinaler Ebene würde dazu führen, dass gleichbleibende präsynaptische Inputs zu einer Erhöhung der postsynaptischen Potenziale führen. Ursächlich für die Erhöhung der postsynaptischen Potenziale könnte die Verminderung einer fehlerhaften Transmitterübertragung von einer Synapse zu einer anderen Synapse (transmitter failure) sein (Luscher, Ruenzel & Henneman, 1983). Eine Reduktion von Transmitterübertragungsfehlern wäre durch die quantitative Erhöhung von Neurotransmittern möglich, die bei der elektro-chemischen Übertragung eines Aktionspotenzials von der präsynaptischen Membran in den synaptischen Spalt entlassen werden (Enoka, 2002). Güllich und Schmidtbleicher (1996) evozierten H-Reflexe vor und nach einer 5-sekündigen isometrischen Maximalkontraktion der Plantarflexoren. Die nachgewiesene Steigerung des H-Reflexes nach einigen Minuten wurde als eine gesteigerte Rekrutierung von Motoneuronen gedeutet, was auf die Minimierung einer fehlerhaften Transmitterübertragung zurückzuführen sein könnte (Hodgson et al., 2005).
Als dritter Mechanismus, der zu einer akuten Steigerung der Leistungsfähigkeit nach Konditionierungsaktivitäten führen könnte, ist die Änderung des Muskelfiederungswinkels zu nennen. Es wird vermutet, dass hochintensive Kontraktionen die Orientierung der Muskelfasern beeinflussen können (Mahlfeld, Franke & Awiszus, 2004). Mahlfeld et al. (2004) zeigten, dass sich der Fiederungswinkel des m. vastus lateralis infolge einer 3-sekündigen isometrischen Maximalkontraktion zunächst nicht änderte, aber 3-6 Minuten nach der Kontraktion signifikant zur Ausgangsmessung unterschied. Durch eine Modifikation des Muskelfiederungswinkels würde die Kraftübertragung vom Muskel auf den passiven Bewegungsapparat beeinflusst werden. Kleinere Fiederungswinkel würden zu einer Verbesserung der Kraftübertragung führen und somit potenziell positiv auf die Leistungsfähigkeit wirken.

Die kontroverse Studienlage hinsichtlich des Effektes von Konditionierungsaktivitäten auf die Leistungsfähigkeit in nachfolgenden Bewegungen ist wahrscheinlich zu einem großen Teil darauf zurückzuführen, dass Konditionierungsaktivitäten neben den potenziell auftretenden leistungssteigernden Effekten, zugleich auch leistungsmindernde Ermüdungsprozesse hervorrufen (Hamada, Sale, MacDougall & Tarnopolsky, 2003). Netto-Leistungssteigerungen kommen nur dann zustande, wenn die Leistungssteigerung durch die PAP größer ist als die Leistungsminderung durch die Ermüdung (Batista et al., 2007). Der Effekt der Konditionierungsaktivität auf die nachfolgende Zielbewegung hängt daher maßgeblich von der Charakteristik der Konditionierungsaktivität (Esformes, Cameron & Bampouras, 2010; Rixon, Lamont & Bemben, 2007) sowie der Pausenlänge zwischen der Konditionierungsaktivität und der darauffolgenden Zielbewegung ab (Gilbert & Lees, 2005). Als Konditionierungsaktivitäten wurden in der Regel willkürliche hochintensive isometrische oder dynamischen Muskelkontraktionen genutzt (zur Übersicht siehe Lesinski, Muehlbauer, Büsch & Granacher, 2013; Tillin & Bishop, 2009). Reaktive Bewegungen als Konditionierungsaktivität hätten gegenüber Muskelkontraktionen, die über mehrere Sekunden andauern,  den Vorteil, dass die metabolische Auslastung und damit auch die energetische muskuläre Ermüdung trotz der Generierung hoher Kräfte deutlich niedriger wäre (Bosco et al., 1982; Lindstedt, LaStayo & Reich, 2001).

Trotz des theoretischen Potenzials reaktiver Bewegungen als Konditionierungsaktivität für eine PAP-bedingte Leistungssteigerung in nachfolgenden Bewegungen, haben sich nur wenige Studien damit beschäftigt. Es fehlt an Studien, die bei reaktiven Konditionierungsaktivitäten systematisch den Einfluss unterschiedlicher Pausenlängen auf die Leistungsfähigkeit in darauffolgenden Zielbewegungen untersuchen. Auch im Hinblick auf die Ursache potenziell eintretender Leistungssteigerungen infolge reaktiver Konditionierungsaktivitäten mangelte es an Evidenz, ob diese auf eine Modifizierung  der neuro-muskulären Aktivität zurück zu führen sind.

Methoden

Zur Beurteilung der Effekte von Motor Imagery und vorbereitenden Hoppings auf die Leistungsfähigkeit und auf die neuro-muskuläre Aktivität in darauffolgenden Drop Jumps wurden diverse Messvariablen erfasst (vgl. Tab. 1.1). Diese werden nachfolgend nur kurz erläutert; eine detaillierte Beschreibung der Methoden befindet sich in den beigefügten Veröffentlichungen in den Abschnitten 2.3, 3.3 und 4.3.

Zusammenfassung & Diskussion

Das Hauptergebnis der vorliegenden Arbeit ist, dass es sowohl nach Motor Imagery als auch nach vorbereitenden Hoppings zu einer akuten Leistungssteigerung in darauffolgenden maximalen Drop Jumps gekommen ist. In den Drop Jumps, die nach dem Motor Imagery ausgeführt wurden, konnten Modifikationen in der neuro-muskulären Aktivität gemessen werden, wohingegen sich bei den Drop Jumps nach den vorbereitenden Hoppings keine signifikanten Muskelaktivitätsänderungen ergaben.

Effekte von Motor Imagery auf die Leistungsfähigkeit in Drop Jumps

Die Leistungsfähigkeit in den Drop Jumps, die nach dem Motor Imagery ausgeführt wurden, war höher im Vergleich zu den Kontrollsprüngen. In den Drop Jumps, die im Anschluss an die motorische Imagination ausgeführt wurden, erreichten die Probanden im Mittel einen Reaktivkraftindex von 2.50 ± 0.47 und in den Sprüngen ohne vorherige Imagination von 2.43 ± 0.47. Daraus ergibt sich ein um 3% höherer Reaktivkraftindex (p < 0.05) in den Sprüngen, in denen zuvor Motor Imagery vollzogen wurde. In den Drop Jumps infolge des Motor Imagery wurden im Vergleich zu den Kontrollsprüngen geringfügig kürzere Bodenkontaktzeiten (182 ms ± 27 ms vs. 185 ms ± 28 ms; p > 0.05) und höhere Flugzeiten (444 ms ± 51 ms vs. 440 ms ± 53 ms; p > 0.05) gezeigt. Die maximale Bodenreaktionskraft war in den Sprüngen nach der motorischen Imagination um 4% höher als in den Kontrollsprüngen ohne vorherige Imagination (4.05 ± 0.85 kN vs. 3.91 ± 0.78 kN; p < 0.05).

Die Leistungsverbesserung in den Drop Jumps fiel im Vergleich zu den Ergebnissen aus Studien, in denen  Motor Imagery als Training über mehrere Wochen zur Verbesserung der willkürlichen Maximalkraft angewandt wurde, allerdings eher gering aus. Ranganathan et al. (2004) berichteten nach einem 12-wöchigen mentalen Training von Zuwächsen der willkürlichen Maximalkraft in Höhe von 35% in der Kleinfingerabduktion und 14% in der Ellenbogenflexion. In der Studie von Yue und Cole (1992) erreichten die Probanden nach einem 4-wöchigen mentalen Training Kraftzuwächse in Höhe von 22% im Kleinfingerabduktor. Auch Zijdewind et al. (2003) konnten nach einem 4-wöchigen mentalen Trainingsprogramm eine 36%ige Steigerung der willkürlich aufzubringenden Kraft der Plantarflexoren nachweisen. Aus zweierlei Hinsicht lassen sich diese Ergebnisse nur bedingt mit den Resultaten der vorliegenden Arbeit vergleichen. Zum einen unterscheiden sich die jeweiligen Zielbewegungen in ihrer muskulären Aktionsform. In den aufgeführten Studien, in denen hohe Leistungssteigerungen durch Motor Imagery erzielt wurden, vollzogen die Probanden isometrische Maximalkontraktion; in der vorliegenden Arbeit bestand die Aufgabe hingegen in der Erbringung einer reaktiven Bewegung, die durch den Dehnungsverkürzungszyklus gekennzeichnet ist. Zum anderen  wurde in den Studien von Ranganathan et al. (2004), Yue und Cole (1992) und Zijdewind et al. (2003) Motor Imagery über mehrere Wochen angewandt im Gegensatz zum akuten Einsatz direkt vor der Bewegung in der vorliegenden Arbeit. Ranganathan et al. (2004) zeigten, dass bei einem mehrwöchigen mentalen Training zu Beginn lediglich geringe Kraftzuwächse zu verzeichnen waren, die kontinuierlich bis auf 35% nach 12 Wochen anstiegen. Aufgrund dieser Studienergebnisse kann vermutet werden, dass infolge einer längerfristigen Anwendung von Motor Imagery möglicherweise auch höhere Leistungszuwächse in den Drop Jumps hätten erreicht werden können.

Effekte von vorbereitenden Hoppings auf die Leistungsfähigkeit in Drop Jumps

Sowohl in Studie 2 als auch Studie 3 wurden Drop Jumps nach 10 maximalen Hoppings vollzogen. Die Pausenlänge zwischen den Konditionierungs-Hoppings und den darauf folgenden Drop Jumps betrug in Studie 2 30 s. In Studie 3 wurden Pausenlängen von 10 s, 30 s, 60 s und 180 s eingesetzt.

In den Drop Jumps 30 Sekunden nach den vorbereitenden Hoppings erzielten die Probanden in Studie 2 eine um 12% und in Studie 3 um 3% gesteigerte Sprunghöhe im Vergleich zu den Kontrollsprüngen. Hinsichtlich der Kontaktzeit, des Reaktivkraftindex und der maximalen Bodenreaktionskraft konnten in beiden Studien keine statistischen Mittelwertunterschiede zwischen den Kontrollsprüngen und den Drop Jumps nach den Hoppings gefunden werden. Die Gegenüberstellung der Leistungszugewinne in der Sprunghöhe nach der 30-sekündigen Pause offenbart signifikante Unterschiede zwischen den beiden Untersuchungen (p < 0.05). Es ist zu beachten, dass eine statistische Berechnung von Unterschieden zwischen Studie 2 und 3 aufgrund unterschiedlicher Studiendesigns und einer unterschiedlichen Anzahl an Drop Jumps nur einen eingeschränkten Aussagewert besitzt. In Tabelle 5.1 sind die gemittelten Leistungsparameter der Kontrollsprünge und den Drop Jumps nach der 30-sekündigen Pause aus Studie 2 und Studie 3 gegenübergestellt.

Das Hauptergebnis der vorliegenden Arbeit ist, dass es sowohl nach Motor Imagery als auch nach vorbereitenden Hoppings zu einer akuten Leistungssteigerung in darauffolgenden maximalen Drop Jumps gekommen ist. In den Drop Jumps, die nach dem Motor Imagery ausgeführt wurden, konnten Modifikationen in der neuro-muskulären Aktivität gemessen werden, wohingegen sich bei den Drop Jumps nach den vorbereitenden Hoppings keine signifikanten Muskelaktivitätsänderungen ergaben.

Effekte von Motor Imagery auf die Leistungsfähigkeit in Drop Jumps

Die Leistungsfähigkeit in den Drop Jumps, die nach dem Motor Imagery ausgeführt wurden, war höher im Vergleich zu den Kontrollsprüngen. In den Drop Jumps, die im Anschluss an die motorische Imagination ausgeführt wurden, erreichten die Probanden im Mittel einen Reaktivkraftindex von 2.50 ± 0.47 und in den Sprüngen ohne vorherige Imagination von 2.43 ± 0.47. Daraus ergibt sich ein um 3% höherer Reaktivkraftindex (p < 0.05) in den Sprüngen, in denen zuvor Motor Imagery vollzogen wurde. In den Drop Jumps infolge des Motor Imagery wurden im Vergleich zu den Kontrollsprüngen geringfügig kürzere Bodenkontaktzeiten (182 ms ± 27 ms vs. 185 ms ± 28 ms; p > 0.05) und höhere Flugzeiten (444 ms ± 51 ms vs. 440 ms ± 53 ms; p > 0.05) gezeigt. Die maximale Bodenreaktionskraft war in den Sprüngen nach der motorischen Imagination um 4% höher als in den Kontrollsprüngen ohne vorherige Imagination (4.05 ± 0.85 kN vs. 3.91 ± 0.78 kN; p < 0.05).

Die Leistungsverbesserung in den Drop Jumps fiel im Vergleich zu den Ergebnissen aus Studien, in denen  Motor Imagery als Training über mehrere Wochen zur Verbesserung der willkürlichen Maximalkraft angewandt wurde, allerdings eher gering aus. Ranganathan et al. (2004) berichteten nach einem 12-wöchigen mentalen Training von Zuwächsen der willkürlichen Maximalkraft in Höhe von 35% in der Kleinfingerabduktion und 14% in der Ellenbogenflexion. In der Studie von Yue und Cole (1992) erreichten die Probanden nach einem 4-wöchigen mentalen Training Kraftzuwächse in Höhe von 22% im Kleinfingerabduktor. Auch Zijdewind et al. (2003) konnten nach einem 4-wöchigen mentalen Trainingsprogramm eine 36%ige Steigerung der willkürlich aufzubringenden Kraft der Plantarflexoren nachweisen. Aus zweierlei Hinsicht lassen sich diese Ergebnisse nur bedingt mit den Resultaten der vorliegenden Arbeit vergleichen. Zum einen unterscheiden sich die jeweiligen Zielbewegungen in ihrer muskulären Aktionsform. In den aufgeführten Studien, in denen hohe Leistungssteigerungen durch Motor Imagery erzielt wurden, vollzogen die Probanden isometrische Maximalkontraktion; in der vorliegenden Arbeit bestand die Aufgabe hingegen in der Erbringung einer reaktiven Bewegung, die durch den Dehnungsverkürzungszyklus gekennzeichnet ist. Zum anderen  wurde in den Studien von Ranganathan et al. (2004), Yue und Cole (1992) und Zijdewind et al. (2003) Motor Imagery über mehrere Wochen angewandt im Gegensatz zum akuten Einsatz direkt vor der Bewegung in der vorliegenden Arbeit. Ranganathan et al. (2004) zeigten, dass bei einem mehrwöchigen mentalen Training zu Beginn lediglich geringe Kraftzuwächse zu verzeichnen waren, die kontinuierlich bis auf 35% nach 12 Wochen anstiegen. Aufgrund dieser Studienergebnisse kann vermutet werden, dass infolge einer längerfristigen Anwendung von Motor Imagery möglicherweise auch höhere Leistungszuwächse in den Drop Jumps hätten erreicht werden können.

Effekte von vorbereitenden Hoppings auf die Leistungsfähigkeit in Drop Jumps

Sowohl in Studie 2 als auch Studie 3 wurden Drop Jumps nach 10 maximalen Hoppings vollzogen. Die Pausenlänge zwischen den Konditionierungs-Hoppings und den darauf folgenden Drop Jumps betrug in Studie 2 30 s. In Studie 3 wurden Pausenlängen von 10 s, 30 s, 60 s und 180 s eingesetzt.

In den Drop Jumps 30 Sekunden nach den vorbereitenden Hoppings erzielten die Probanden in Studie 2 eine um 12% und in Studie 3 um 3% gesteigerte Sprunghöhe im Vergleich zu den Kontrollsprüngen. Hinsichtlich der Kontaktzeit, des Reaktivkraftindex und der maximalen Bodenreaktionskraft konnten in beiden Studien keine statistischen Mittelwertunterschiede zwischen den Kontrollsprüngen und den Drop Jumps nach den Hoppings gefunden werden. Die Gegenüberstellung der Leistungszugewinne in der Sprunghöhe nach der 30-sekündigen Pause offenbart signifikante Unterschiede zwischen den beiden Untersuchungen (p < 0.05). Es ist zu beachten, dass eine statistische Berechnung von Unterschieden zwischen Studie 2 und 3 aufgrund unterschiedlicher Studiendesigns und einer unterschiedlichen Anzahl an Drop Jumps nur einen eingeschränkten Aussagewert besitzt. In Tabelle 5.1 sind die gemittelten Leistungsparameter der Kontrollsprünge und den Drop Jumps nach der 30-sekündigen Pause aus Studie 2 und Studie 3 gegenübergestellt.

Effekte von Motor Imagery auf die neuro-muskuläre Aktivität in Drop Jumps

Mittels der oEMG wurden in Studie 1 die Muskelaktivitäten vom m. soleus, m. gastrocnemius, m. tibialis anterior, m. vastus medialis und m. biceps femoris in den Zeitfenstern PRE, SLR und LLR analysiert. In den Drop Jumps nach der motorischen Imagination zeigten sich höhere Muskelaktivitäten in der Voraktivierungsphase (PRE) im m. soleus (11%, p < 0.05) und im m. gastrocnemius (5%, p < 0.05). Auch in der frühen Reflexantwort (SLR) wurde in den beiden antigravitatorisch arbeitenden Unterschenkelmuskeln eine signifikant höhere Aktivität infolge des Motor Imagery im Vergleich zu den Kontrollsprüngen festgestellt (m. soleus: 9%, p < 0.05; m. gastrocnemius: 8%, p < 0.05). Im m. tibialis anterior, m. vastus medialis und m. biceps femoris konnten dagegen keine signifikanten Aktivitätsunterschiede zwischen den Bedingungen in den spezifischen Zeitfenstern festgestellt werden (vgl. Tab. 2.1).

Die Erhöhung der Muskelaktivität im m. soleus und m. gastrocnemius in der Voraktivierungsphase (PRE) und kurz nach Bodenkontakt (SLR) lässt sich durch eine Bahnung der deszendierenden kortikospinalen  Aktionspotenziale durch Motor Imagery erklären (Chimera et al., 2004; Kyrolainen & Komi, 1995). In Studien, in denen Kraftzuwächse durch Motor Imagery erzielt wurden, wurde dieser Mechanismus ebenfalls als der wahrscheinlichste angesehen (Ranganathan et al., 2004; Shackell & Standing, 2007; Yue & Cole, 1992). Eine höhere Muskelaktivität vor Bodenkontakt geht in der Regel mit einer höheren Reflexantwort in der SLR einher (Avela et al., 1996; Dietz et al., 1981). Daher könnte die gesteigerte Muskelaktivität in der frühen Reflexantwort möglicherweise auch durch die erhöhte Voraktivierung bedingt sein. Aufgrund der verstärkt kortikalen Einflussnahme in späteren Phasen des Bodenkontaktes bei reaktiven Bewegungen (Taube et al., 2008), hätte eine Modifikation der späten Reflexantwort (LLR) erwartet werden können. Dies war jedoch in Studie 2 nicht der Fall. Eine Begründung für das Ausbleiben muskulärer Aktivitätsänderungen in der späten Reflexantwort (LLR) könnte im kortikalen Aktivierungsniveau zum Zeitpunkt der LLR liegen. Die Motor Imagery induzierte unterschwellige Aktivierung der kortikalen Neurone (Gandevia et al., 1997; Li et al., 2004; Schnitzler et al., 1997) wirkt vermutlich vorrangig bei niedrigen Erregungsniveaus. In der kortikal geprägten Bewegungsphase ist die Erregung des motorischen Kortex auf einem höheren Niveau als in den früheren Bewegungsphasen (Taube et al., 2008). Aufgrund des hohen Aktivierungsniveaus lassen sich durch die motorische Imagination möglicherweise keine zusätzlichen Neurone bzw. Neurone mit höheren Erregungsniveaus rekrutieren.

Interessanterweise zeigten sich die neuro-muskulären Aktivierungsmodifikationen zu den Zeitpunkten PRE und SLR infolge von Motor Imagery lediglich im m. soleus und im m. gastrocnemius.  Dass Änderungen der Muskelaktivität ausschließlich in den antigravitatorisch arbeitenden Unterschenkelmuskeln auftraten, lässt vermuten, dass die Bahnung der deszendierenden Signale muskelspezifisch erfolgte. Diese Annahme wird von Untersuchungen gestützt, die mittels der transkraniellen Magnetstimulation eine spezifische Aktivitätsänderung bestimmter Areale im motorischen Kortex während Motor Imagery nachweisen konnten (zur Übersicht siehe Munzert et al., 2009).

Effekte vorbereitenden Hoppings auf die neuro-muskuläre Aktivität in Drop Jumps

In Studie 2 wurden ebenfalls die Muskelaktivitäten vom m. soleus, m. gastrocnemius, m. tibialis anterior, m. vastus medialis und m. biceps femoris in den Zeitfenstern PRE, SLR und LLR analysiert. Der Vergleich der Muskelaktivitäten der Drop Jumps nach den Konditionierungs-Hoppings und den Sprüngen ohne vorherige Hoppings (Kontrollsprünge) ergab, dass  keiner der gemessenen Muskeln in den genannten Zeitfenstern signifikante Unterschiede im Aktivitätsverhalten aufwies (vgl. Tab. 3.2). Auch die Analyse der V/Mmax-Verhältnisse zeigte keine Differenzen zwischen den Sprüngen mit und ohne vorbereitende Hoppings weder zur SLR (p > 0.05) noch zur LLR (p > 0.05). Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass die vorbereitenden Hoppings eher intra-muskuläre als neuro-muskuläre Effekte hervorrufen.

Dennoch kann das Vorhandensein von neuro-muskulären Effekten durch vorbereitende Hoppings nicht zwangsläufig ausgeschlossen werden. Vor allem während eines hohen muskulären Aktivierungsniveaus, wie es während der Bodenkontaktphase in Drop Jumps vorkommt (Taube et al., 2008), kann teilweise eine gesteigerte motoneuronale Rekrutierung bzw. eine höhere motoneuronale Entladungsrate durch EMG-Messungen nicht detektiert werden (Staudenmann et al., 2010). Da sich jedoch auch keine statistisch signifikanten Unterschiede im V/Mmax-Verhältnis fanden, kann eine neuro-muskuläre Modifikation durch vorbereitende Hoppings nicht belegt werden. Diese Ergebnisse bestätigen die Befunde von Jones und Lees (2003), die ebenfalls nach der Konditionierungsaktivität (5 Kniebeugen mit Zusatzlast; Intensitätsbereich 85% des 1-RM) keine Änderungen in der Muskelaktivität in nachfolgenden Drop Jumps nachweisen konnten.

Fazit

Zusammenfassend kann konstatiert werden, dass Motor Imagery in Studie 1 sowohl zu einer Leistungssteigerung als auch zu einer Modifikation der neuro-muskulären Aktivität in darauffolgenden Drop Jumps führte. Der Reaktivkraftindex war zwar in den Sprüngen nach Motor Imagery mit 3% nur geringfügig, aber signifikant erhöht. Die Muskelaktivität war im m. soleus und im m. gastrocnemius kurz vor und in der frühen Bodenkontaktphase in den Sprüngen nach der Imagination höher im Vergleich zu den Kontrollsprüngen. Die in Kapitel 1.3 formulierten Hypothesen H1 und H2, in denen angenommen wurde, dass Motor Imagery einen Einfluss auf  die Leistungsfähigkeit bzw. neuro-muskuläre Aktivität in nachfolgenden Drop Jumps hat, wurden demnach bestätigt.

Die Ergebnisse aus Studie 2 und 3 ergaben, dass 10 maximale Hoppings als Vorbereitung vor einem Drop Jump zu einer Steigerung der Leistungsparameter führten. Die Sprunghöhe war in Studie 2 nach der 30-sekündigen Pause und in Studie 3 nach der 10-, 30-, und 60-sekündigen Pause signifikant erhöht. Die Hypothese H3, in der davon ausgegangen wurde, dass vorbereitende Hoppings einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit in nachfolgenden Drop Jumps hat, kann demnach bestätigt werden.

In Studie 3 wurden in den Drop Jumps nach der kürzesten eingesetzten Pausenlänge von 10 s die höchsten Sprunghöhen erreicht.  Beim Reaktivkraftindex unterschieden sich lediglich die Mittelwerte zwischen den Kontrollsprüngen und den Sprüngen nach der 10-sekündigen Pause. Keine Mittelwertunterschiede konnten hingegen in den Leistungsparametern zwischen den Kontrollsprüngen und den Sprüngen nach der 180-sekündigen Pause ausgemacht werden. Die Pausenlänge zwischen den vorbereitenden Hoppings und den darauffolgenden Drop Jumps scheint demnach, so wie in Hypothese H4 angenommen, einen Einfluss auf die Steigerung der Leistungsfähigkeit zu haben.

Hypothese H5 besagte, dass vorbereitende Hoppings zu einer Modifikation der neuro-muskulären Aktivität in darauffolgenden Drop Jumps führen. Dies wurde anhand der vorliegenden Daten nicht bestätigt. In Studie 2 konnten keine statistischen Unterschiede zwischen  den Kontrollsprüngen und den Sprüngen nach den Konditionierungs-Hoppings in der Muskelaktivität kurz vor bzw. während der Bodenkontaktphase des Drop Jumps ausgemacht werden. Auch die Messung der V-Wellen ergab keinen Hinweis auf eine Einflussnahme der Konditionierungs-Hoppings auf die neuro-muskuläre Kontrolle in darauffolgenden Drop Jumps. Dennoch resultierte auch ohne eine neuro-muskuläre Beeinflussung eine Leistungssteigerung in den Drop Jumps nach den 10 maximalen Hoppings. Eine Beteiligung an der Leistungssteigerung durch eine Veränderung des Fiederungswinkels infolge der Konditionierungs-Hoppings wurde in der vorliegenden Arbeit nicht untersucht und kann daher nicht ausgeschlossen werden. Mahlfeld et al. (2004) zeigten, dass sich der Fiederungswinkel des m. vastus lateralis nach einer 3-sekündigen isometrischen Maximalkontraktion von 16.2° auf 14.4° reduzierte, sodass daraus eine direktere Kraftübertragung der vom Muskel entwickelten Kräfte resultiert. Diese Änderung hätte allerdings eine weniger als 1%ige Änderung der Kraftübertragung zur Folge (Tillin & Bishop, 2009). Demnach scheint eine Beteiligung dieses Mechanismus zwar möglich, ist aber vermutlich nicht der vorrangige Mechanismus zur Erklärung der Leistungszugewinne in den Drop Jumps. Daher ist die maßgebliche Ursache für die  Leistungssteigerung in den Drop Jumps nach vorbereitenden Hoppings wahrscheinlich auf intramuskuläre Mechanismen, wie z.B. eine gesteigerte Phosphorylierung der RLC, zurückzuführen. Bestätigend zu dieser Annahme fand sich in Studie 2 eine deutliche Steigerung der elektrisch evozierten Muskelzuckungen infolge von 10 maximalen Hoppings.

Ausblick

Nach Motor Imagery und nach vorbereitenden Hoppings war die Leistungsfähigkeit in darauffolgenden Drop Jumps erhöht. Drop Jumps dienen als Modell für reaktive Bewegungen, bei denen der Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus eine leistungsdeterminierende Funktion übernimmt. Solche reaktiven Bewegungen sind die natürlichste Bewegungsform, die in vielen alltäglichen als auch sportlichen Bewegungen wie Sprüngen, Sprints oder Würfen vorkommen. Die vorliegenden Studienergebnisse sind daher für die Trainings- und Wettkampfpraxis von Sportarten, in denen reaktive Bewegungen eine Rolle spielen, von Bedeutung. Für den Transfer in die Sportpraxis ergeben sich aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit weitere Forschungsperspektiven:

Eine Aussage, welche der beiden Interventionen (Motor Imagery oder vorbereitende Hoppings) effektiver für darauf folgende Drop Jumps  ist, kann anhand der vorliegenden Daten aufgrund der unterschiedlichen methodischen Untersuchungsdesigns und unterschiedlichen Probandenkollektiven nicht geklärt werden. Dies war auch nicht das Ziel der vorliegenden Arbeit, stellt jedoch eine praxisrelevante Forschungsperspektive dar. Neben dem Vergleich der beiden Interventionen hinsichtlich der Frage, welche die effektivere ist, um Leistungssteigerungen in reaktiven Bewegungen zu erzielen, fehlt es an Untersuchungen, ob sich durch die Durchführung von Motor Imagery und vorbereitenden Hoppings kumulative Leistungszuwächse in nachfolgenden Bewegungen erzielen lassen.

Zudem wäre eine Überprüfung der Effizienz der Interventionen bei austrainierten Athleten für den Spitzen- und Leistungssport von großer Bedeutung. Bisherige Studienergebnisse lassen erwarten, dass  der leistungssteigernde Einfluss von Motor Imagery und reaktiven Konditionierungs-Hoppings auf nachfolgende reaktive Zielbewegungen bei Leistungs- und Spitzensportlern im Vergleich zu freizeitsportlich aktiven Probanden noch größer sein dürfte.
Ein Vorschlag zum weiteren Vorgehen im Hinblick auf die Anwendung in der Sportpraxis, stellt die Untersuchung der Reliabilität der Leistungssteigerungen durch Motor Imagery und durch vorbereitende Hoppings dar.

Für die Anwendung von Motor Imagery und vorbereitende reaktive Bewegungen als Vorbereitung auf eine bestimmte Zielbewegung gilt es zu überprüfen, ob die in dieser Arbeit nachgewiesenen leistungssteigernden Effekte auf diese (sportart-)spezifische Bewegung übertragbar sind. Es kann vermutet werden, dass eine generelle Übertagbarkeit der Mechanismen, die zu den Leistungssteigerungen in den Drop Jumps durch Motor Imagery und vorbereitenden Hoppings geführt haben, besteht. So könnten die Interventionen potenziell auch für eine Leistungssteigerung von Sprint-, Wurf- und Stoßdisziplinen führen.

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