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Das energetische Profil von Shotokan-Karate-Kata
DISSERTATION
Jens Bussweiler
Bibliografische Informationen der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Informationen sind im Internet unter abrufbar.
Jens Bussweiler Das energetische Profil von Shotokan-Karate-Kata Reihe: Sportwissenschaften • Band 16
© 2014 Lehmanns Media • Verlag Helmholtzstraße 2-9 • 10587 Berlin www.lehmanns.de ISBN: 978-3-86541-715-2
Druck und Bindung: docupoint GmbH • Barleben
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung .............................................................................. 1 2. Forschungsthema und Zielstellung ........................................ 2 2.1 Belastung und Beanspruchung ...............................................................2 2.2 Energiestoffwechsel und Zweikampfsport .............................................4 2.3 Die Zweikampfsportart Karate ................................................................6 2.3.1 Die Disziplin Kata .................................................................................8 2.3.2 Wettkampfsport ..................................................................................9 2.4 Untersuchungen in der Sportart Karate – Literaturanalyse .................11 2.5 Ziel der Arbeit ........................................................................................17
3. Untersuchungsmethodik ..................................................... 18 3.1 Sportartspezifische Untersuchungen ....................................................18 3.1.1 Auswahl der Kata ..............................................................................18 3.1.2 Zeitliche Struktur der Kata ................................................................19 3.1.3 Messzeitpunkte .................................................................................22 3.1.4 Entwicklung einer Wettkampfimitation ............................................23 3.1.5 Expertenrating...................................................................................25 3.1.6 Untersuchungsablauf ........................................................................25 3.2 Messgeräte und Berechnungen ............................................................27 3.2.1 Atemgasmessung ..............................................................................27 3.2.2 Blutlaktatwertmessung .....................................................................29 3.2.3 Berechnung des energetischen Profils..............................................29 3.3 Probanden und -klassifizierung .............................................................34 3.3.1 Geschlecht, Alter, Körperhöhe und Körpermasse ............................35 3.3.2 Sportartspezifische Qualifikation ......................................................35 3.3.3 Höchste Sauerstoffaufnahme ...........................................................36 3.3.4 Kalkulierter Sauerstoffumsatz in Ruhe .............................................38 3.3.5 Höchste Laktatbildungsrate ..............................................................38 3.4 Hypothesen und statistische Verfahren ...............................................39 3.4.1 Dominanz des anaerob-laktaziden Energieanteils............................39 3.4.2 Einfluss des Trainingszustands ..........................................................40 3.4.3 Regulation des Energiebedarfs .........................................................41 3.4.4 Blutlaktatwerte als Beanspruchungsparameter ...............................42 3.4.5 Belastungsstruktur und Energiestoffwechselanteile ........................43
Inhaltsverzeichnis
4. Ergebnisse ........................................................................... 45 4.1 Physiologische Grundparameter...........................................................45 4.1.1 Kalkulierter Sauerstoffumsatz in Ruhe .............................................45 4.1.2 Höchste Sauerstoffaufnahme und höchste Laktatbildungsrate .......46 4.2 Energetisches Profil einer Basis-Kata ....................................................48 4.2.1 Probanden .........................................................................................48 4.2.2 Zeitliche Belastungsstruktur Heian Nidan .........................................48 4.2.3 Expertenrating Heian Nidan ..............................................................50 4.2.4 Energetisches Profil Heian Nidan zum Zeitpunkt T1 .........................51 4.2.5 Energetisches Profil Heian Nidan zum Zeitpunkt T2 .........................60 4.2.6 Energetisches Profil von zwei Basis-Kata in direkter Folge...............69 4.2.7 Heian Nidan auf einen Blick ..............................................................78 4.3 Energetisches Profil einer Wettkampf-Kata..........................................79 4.3.1 Probanden .........................................................................................79 4.3.2 Zeitliche Belastungsstruktur Unsu ....................................................79 4.3.3 Expertenrating Unsu .........................................................................80 4.3.4 Energetisches Profil der Kata Unsu ...................................................81 4.4 Zusammenfassung der energetischen Profile.......................................92 4.5 Das energetische Profil bei einer Wettkampfimitation (Einzelfallanalyse) ..................................................................................93 4.5.1 Wettkampfverlauf .............................................................................93 4.5.2 Probandenklassifizierung ..................................................................94 4.5.3 Energetisches Profil und Zeitstruktur bei der Wettkampfimitation .95 4.6 Forschungsfragestellungen ...................................................................99 4.6.1 Dominanz des anaerob-laktaziden Energieanteils............................99 4.6.2 Einfluss des Trainingszustands ........................................................100 4.6.3 Regulation des Energiebedarfs .......................................................101 4.6.4 Blutlaktatwerte als Beanspruchungsparameter .............................103 4.6.5 Belastungsstruktur und Energiestoffwechselanteile ......................105
5. Diskussion ......................................................................... 107 5.1 5.2 5.3
Einflussfaktoren ..................................................................................107 Ergebnisse ...........................................................................................111 Konsequenzen und Ausblick ...............................................................115
Literaturverzeichnis ................................................................. 117 Abbildungsverzeichnis ............................................................. 129 Tabellenverzeichnis ................................................................. 133 Anhang .................................................................................... 134 A B
Einverständniserklärung .....................................................................134 Reliabilitätsüberprüfung für Zeitstrukturanalyse ...............................135
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis Einheiten °C
Grad Celsius
cm
Zentimeter
h
Stunde
kcal
Kilokalorie
kg
Kilogramm
kJ
Kilojoule
kPa
Kilopascal
l
Liter
mbar
Millibar
min
Minute
ml
Milliliter
mmol
Millimol
ms
Millisekunde
μl
Mikroliter
s
Sekunde
Vol. %
Volumenprozent
W
Watt
Kürzel 2xH2
Zwei Heian Nidan ohne Unterbrechung zwischen den Durchläufen
ATP
Adenosintriphosphat
BF
Gemessene Atemfrequenz
BMR
Basale Stoffwechselrate (Grundumsatz)
CLa
Blutlaktatkonzentration
CLapeak-Kata
Höchste Blutlaktatkonzentration nach der Kata
CLapre-Kata
Blutlaktatkonzentration vor der Kata
CLapeak-Rad
Höchste Blutlaktatkonzentration im Rad-Ergometer-Test
CO2
Kohlendioxid
d / dZ
Effektgröße
DDR
Deutsche Demokratische Republik (1949-1990)
DHFK
Deutsche Hochschule für Körperkultur Leipzig
DKV
Deutscher Karate Verband e. V.
Abkürzungsverzeichnis
DOSB
Deutscher Olympischer Sportbund e. V.
FKS
Forschungsinstitut für Körperkultur und Sport Leipzig
H
Wasserstoff
H2
Heian Nidan
H2O
Wasser
HF
Herzfrequenz
HFpeak-Rad
Höchste Herzfrequenz im Rad-Test
IOC
Internationales Olympisches Komitee
KG
Körpermasse
M
Mittelwert
maxNBL
Höchste Blutlaktatkonzentration im Sprint-Test
mPTOT
Metabolische Leistung
n/N
Anzahl
Net-CLa
Gebildetes Laktat während einer Bewegungsfolge
O2
Sauerstoff
p(H2O)
Wasserdampfpartialdruck
PCr
Kreatinphosphat
rel. Ppeak
Höchste Leistung im Rad-Test
rel.VO2 peak
Höchste Sauerstoffaufnahme bezogen auf die Körpermasse
%rel.VO2 peak
Prozentualer Anteil an rel.VO2 peak
ρ
Rangkorrelationskoeffizient Rho
RLa
Blutlaktatkonzentration vor dem Sprint-Test
RQ
Respiratorischer Quotient
SD
Standardabweichung
SLÄ
Sauerstoff-Laktat-Äquivalent
Sprung
Dauer für den Sprung in der Kata Unsu
STPD
Temperatur = 0 °C, Druck = 101 kPa, p(H2O) = 0 kPa
T1
Messzeitpunkt 1
T2
Messzeitpunkt 2
tA
Aktive Bewegungsphasen in der Kata Heian Nidan
tAL
Aktive Bewegungsphasen (langsam) in der Kata Unsu
talak
(Hypothetisches) laktatfreies Intervall im Sprint-Test
tBel
Laufzeit im Sprint-Test
tAS
Aktive Bewegungsphasen (schnell) in der Kata Unsu
tAZEND
Dauer der letzten zehn Atemzüge im Radtest
tGES
Gesamtdauer einer Kata
tR
Stand-/Ruhephasen in den Kata
Abkürzungsverzeichnis
U
Unsu
U-1
Erste Kata (Unsu) der Wettkampfimitation
U-2
Zweite Kata (Unsu) der Wettkampfimitation
U-3
Dritte Kata (Unsu) der Wettkampfimitation
U-WK
Wettkampf-Kata ohne Messgeräte
VLapeak
Höchste Laktatbildungsrate
VO2
Sauerstoffaufnahme
VO2
Sauerstoffaufnahme pro Zeiteinheit
VO2-BLC
Sauerstoffaufnahme, die dem laktaziden Energieanteil entspricht
VO2END
Sauerstoffverbrauch der letzten zehn Atemzüge im Radtest
VO2-EPOC
Sauerstoffaufnahme nach der Kata
VO2-Kata
Sauerstoffaufnahme während der Kata
VO2-PCr
Sauerstoffaufnahme, die dem alaktaziden Energieanteil entspricht
VO2peak
Höchste Sauerstoffaufnahme im Rad-Test
VPN
Versuchsperson
W
Energieanteil
WAER
Aerober Energieanteil
WBLC
Anaerob-laktazider Energieanteil
WK
Zeitdauer zwischen den Auseinandersetzungen im Wettkampf
WKF
World Karate Federation
WK-Im
Wettkampfimitation (3 x Kata Unsu)
WPCr
Anaerob-alaktazider Energieanteil
WTOT
Energetische Gesamtbeanspruchung
WT
Durchschnittliche Zeitdauer einer Kata im Wettkampf
WZ
Zeitdauer zwischen zwei Kata einer Auseinandersetzung
ZKS
Zweikampfsportart
Einleitung
1.
Einleitung
Trotz der weltweit hohen Verbreitung der nicht-olympischen Zweikampfsportart Karate ist über das energetische Anforderungsprofil in den Teildisziplinen Kihon, Kata und Kumite wenig bekannt. Von vielen Karate-Trainern/innen und Trainingswissenschaftlern/innen wird die Ansicht vertreten, dass die Energieanforderungen für die karatespezifischen Bewegungsfolgen maßgeblich durch den anaerob-laktaziden Stoffwechsel abgedeckt werden. Als Beleg dafür werden vor allem Blutlaktatkonzentrationen von häufig mehr als 4 mmol x l-1 während oder nach einer Belastung angeführt. Viele Trainingskonzepte und Rahmentrainingspläne sowohl im Freizeit- als auch im Spitzensport orientieren sich an dieser Annahme. In den vergangenen Jahren wurden verschiedene sportartspezifische Bewegungsabläufe trainings- und bewegungswissenschaftlich untersucht und neben insbesondere biomechanischen Messgrößen bei Einzeltechniken auch biochemisch-physiologische Daten bei komplexen Bewegungsfolgen erfasst. Während dabei anfangs die Aufzeichnung der Herzfrequenz und der Blutlaktatkonzentration im Fokus stand, rückt gerade in den letzten Jahren vermehrt die zusätzliche Registrierung der Sauerstoffaufnahme in den Mittelpunkt der trainingswissenschaftlichen und sportmedizinischen Forschung. Neuere Untersuchungen an Spitzenathleten/innen haben gezeigt, dass sowohl beim Kumite als auch bei Kata, aerobe Prozesse und die Energiebereitstellung aus den energiereichen Phosphaten dominant zu sein scheinen. Das angenommene Übergewicht anaerob-laktazider Prozesse konnte hier nicht bestätigt werden. In der vorliegenden Untersuchung wird nun die anteilige Energiebereitstellung bei einer grundlegenden Kata von etwa 30 s Dauer bei einmaliger und zweimaliger Absolvierung (ca. 60 s) sowie bei einer Wettkampf-Kata von mehr als 90 s Dauer dargestellt. Diese Kata-Abläufe werden sowohl von Freizeit- als auch von Leistungssportlern/innen im Training und Wettkampf absolviert und sind ein zentrales Merkmal dieser Zweikampfsportart. Ziel ist es, die wenigen Erkenntnisse zu Stoffwechselmechanismen in der Sportart Karate deutlich zu erweitern und ein energetisches Anforderungsprofil für die Teildisziplin Kata zu entwickeln.
1
Forschungsthema und Zielstellung
2.
Forschungsthema und Zielstellung
2.1 Belastung und Beanspruchung In Trainingslehre und -wissenschaft gilt als unstrittig, dass sportliches Training als das (gezielte) Setzen von Reizen auf den menschlichen Organismus angesehen werden kann (de Marees, 2003; Graf, 2011; Hohmann et al., 2010; Hollmann & Strüder, 2009; Kenney et al., 2012; Olivier et al., 2008; Schnabel et al., 2011; Weineck, 2010). „Sportliches Training ist ein planmäßiger Belastungs-Beanspruchungs-Prozess mit dem Ziel der Einwirkung auf Ressourcen (persönliche Leistungsvoraussetzungen).“ (Olivier, Marschall & Büsch, 2008, S. 17)
(Trainings-)Reize (Belastung) wirken auf den Organismus ein (Beanspruchung) und sollen dadurch zu funktionellen und/oder strukturellen Anpassungen führen (Abb. 1) bzw. ein bestehendes Anpassungsniveau erhalten.
Abb. 1
Schematische Darstellung des Anpassungsmechanismus durch körperliches Training in Anlehnung an Viru und Viru (2000, S. 72)
2
Forschungsthema und Zielstellung
Obwohl dieses Grundprinzip bereits 1895 von Roux beschrieben wurde, sind bis heute viele Belastungs-Beanspruchungs-Mechanismen noch ungeklärt. Es erscheint daher notwendig, sportartspezifische Regulationsmechanismen zu untersuchen, darzustellen und disziplinspezifische Anforderungsprofile zu entwickeln. Nur so können schon lange geforderte, wissenschaftsbasierte Trainingskonzepte mit „biologischer Priorität“ (Zanon, 1999) für Leistungserhalt und -entwicklung generiert werden. Die vorliegende Arbeit basiert auf einem physiologisch-orientierten Belastungs-Beanspruchungs-Konzept (Schmidt, 1999). Belastungen werden als von außen herangetragene Anforderungen definiert, die einen Organismus beanspruchen. Die Art und Höhe der Beanspruchung hängt dabei neben der Belastung vom Funktionszustand des Organismus und dem Wirkungsgrad ab. (Physische) Belastungen können durch physikalische Messgrößen erfasst und die entsprechende Beanspruchung durch physiologische Parameter dargestellt werden. In dieser Untersuchung ist die (äußere) Belastung eine sportartspezifische Bewegungsfolge (Karate-Kata). Die daraus resultierende (individuelle) Beanspruchung des Organismus wird durch die erhobenen physiologischen Parameter des Stoffwechsels (Blutlaktatwerte und Sauerstoffaufnahme) abgebildet (Abb. 2), um Erkenntnisse zum energetischen Anforderungsprofil in der Sportart Karate zu generieren.
Belastung: Art der Kata, Anzahl der Techniken, Zeitparameter
Beanspruchung: Herzfrequenz, Blutlaktatkonzentration, Sauerstoffaufnahme
Kata Abb. 2
Belastungs- und Beanspruchungsparameter in der vorliegenden Untersuchung
3
Forschungsthema und Zielstellung
2.2 Energiestoffwechsel und Zweikampfsport Der Energiestoffwechsel1 im menschlichen Organismus dient der Gewinnung des Nucleotid-Coenzyms Adenosintriphosphat (ATP), das im Organismus durch aerobe und anaerobe Verstoffwechselung von Energieträgern ständig (re)synthetisiert wird. Aus einer leistungsphysiologischen respektive trainingswissenschaftlichen Sicht sind die Anteile der verschiedenen Resynthesewege des ATP während einer sportlichen Belastung von besonderem Interesse, da die verschiedenen Stoffwechselmechanismen zeit- und lastabhängig, also bedarfsgerecht, reguliert werden. Ihre jeweilige Beanspruchung sowie ihre spezifische Leistungsfähigkeit und Kapazität sind daher zentrale Komponenten für die sportliche Gesamtleistung. Grundlegende Erkenntnisse zur Energiebereitstellung und -bedarfsregulation bei körperlicher Belastung kamen seit Ende des 19. Jahrhunderts vor allem aus der Arbeits- und Leistungsmedizin. Åstrand und Rodahl (1977), Keul et al. (1969) und Margaria (1976) erarbeiteten erste umfangreiche Übersichtswerke. In der Trainingslehre spielte seit den 1960er Jahren die Energiebereitstellung vor allem für das „Konstrukt der konditionellen Fähigkeiten“ (Bussweiler, 2007), insbesondere der (sogenannten) Ausdauer, eine zentrale Rolle. Durch verschiedene Strukturierungsansätze wurden Ausdauer und Energiestoffwechsel miteinander verknüpft. Begriffe wie „Kurz-, Mittel- und Langzeitausdauer“ (Harre, 1969) bzw. „allgemeine und spezielle Ausdauer“ (Nabatnikowa, 1974) wurden mit spezifischen energetischen Anforderungsprofilen unterlegt. Eine Übersicht über verschiedene Strukturierungen geben Zintl und Eisenhut (2009). In den Zweikampfsportarten (ZKS) wurden die Annahmen zum Energieverbrauch bzw. der -bedarfsregulation zum einen durch Arbeiten an der Deutschen Hochschule für Körperkultur (DHFK) und am Forschungsinstitut für Körperkultur und Sport (FKS) in Leipzig in den Sportarten Judo, Ringen und Boxen geprägt. Beispielhaft sind hier die Übersichtsarbeiten von Bredow (1983), Bre1 Eine umfassende Darstellung der Grundlagen des Energiemetabolismus beim Sport kann an dieser Stelle nicht erfolgen und es muss auf de Marees (2003), di Prampero (1981), Kenney et al. (2012), Berg et al. (2012), Mader (1994; 2003), Röcker (2002) sowie auf Wackerhage und Leyk (2000) verwiesen werden.
4
