Das zentrale Nervensystem ist, was die sportliche Leistung anbelangt, auf allen wesentlichen Ebenen beteiligt. John Shepherd zufolge ist das Verständnis für die Rolle des zentralen Nervensystems (ZNS) und dessen bestmögliche Nutzung absolut entscheidend dafür, dass man eine maximale Trainingsanpassung erreicht.
Was ist das ZNS?
Das ZNS besteht aus Gehirn und Rückenmark und ist ein Kontrollsystem des Körpers. Das Gehirn ist ein hochkomplexes Organ mit vielen Funktionen. In Bezug auf die sportliche Leistung sind die Bereiche des Kleinhirns (Cerebellum) und des Zwischenhirns (Diencephalon) sehr wichtig.
Wenn man versteht, welche Aufgabe diese Gehirnbereiche haben, wird einem auch klar, welche wichtige Rolle das ZNS in Bezug auf die sportliche Leistung spielt.
Die Rolle des Gehirns beim Sport
ZNS: Das Kleinhirn
Das Kleinhirn ist der zweitgrößte Teil des Gehirns. Es ist an der Koordination der Muskeln beteiligt, die für präzise Bewegungsabläufe und die Kontrolle von Gleichgewicht und Haltung sorgen.
ZNS und das Zwischenhirn
Das Zwischenhirn besteht aus 2 wichtigen Teilen, dem Thalamus und dem Hypothalamus. Der Thalamus wirkt wie eine Relaisstation. Er erhält sensorische Nervenimpulse und leitet diese zur Weiterverarbeitung an die zuständigen Stellen im Gehirn weiter.
Er sorgt also dafür, dass das Gehirn weiß, was außerhalb des Körpers passiert. Der Hypothalamus ist von lebenswichtiger Bedeutung, denn er schafft konstante Bedingungen innerhalb des Körpers. Er reguliert z. B. die Körpertemperatur, das Hunger- und Durstgefühl und kontrolliert die Ausschüttung von Hormonen über die angrenzende Hypophyse.
Das Zusammenspiel von Rezeptor- und Effektororganen
Rezeptororgane sind die Ohren, die Augen und im Kontext dieses Artikels insbesondere die Muskeln. Diese Organe nehmen die Informationen auf, die dann über das ZNS weitergeleitet werden. Das ZNS wertet diese Informationen aus und sendet sie zurück an die Effektororgane. Diese wiederum lösen die Reaktion des Körpers auf einen Reiz aus.
Im Zusammenhang mit der sportlichen Leistung wird viel über die unbewusste und die bewusste Reaktion des ZNS diskutiert. Manche Aktionen laufen weitestgehend automatisch ab, z. B. der Dehnungsreflex der Beinmuskeln beim Sprung. Andere wiederum werden scheinbar speziell im Gehirn gedeutet, z. B. die Müdigkeitssignale am Ende eines Marathonlaufs. Bei dieser Variante wird jedoch der Wille zum wesentlichen Einflussfaktor bei der Entscheidung über den Grund des erreichten Erfolgs.
Die Ermüdung während eines Spiels/Wettkampfs oder nach manchen Trainingsprogrammen, in denen keine Erneuerung der Energie des ZNS vorgesehen ist, kann sich nachteilig auf die sportliche Leistung auswirken. Und zwar unabhängig davon, ob diese bewusst oder unbewusst interpretiert wird (darüber später mehr).
Sport treiben – ZNS aktivieren
Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass eine längere sportliche Betätigung Einfluss darauf hat, wie das ZNS die Muskelbildung und den Muskelaufbau steuert. Finnische Forscher untersuchten beispielsweise den Einfluss sportlicher Übungen auf die Beinmuskelkoordination bei konzentrischen Sprüngen und bei vertikalen Drop Jumps.(1)
Man wählte Probanden aus 5 verschiedenen Sportlergruppen aus: Weitspringer, Schwimmer, Fußballer sowie gute und weniger gute Hochspringer. Ein Schwerpunkt dieser Untersuchung war die „motorische Vielseitigkeit“ – die Fähigkeit eines Sportlers, Fertigkeiten, die er in einer Sportart besitzt, auf eine andere zu übertragen. Das Forscherteam betrachtete verschiedene Bewegungsmodelle daraufhin, wie sich die Muskeln bei den Sportlern bilden und welche Rolle das ZNS dabei spielt.
Welchen Einfluss hat das ZNS auf die Bildung und Entstehung der Muskeln?
Wie zu erwarten war, führten die Springer die vertikalen Sprünge am kraftvollsten aus. Ihre Beine besaßen eine größere Muskelsteifigkeit als die der Schwimmer, die sich als die schlechtesten Springer erwiesen (ihre Beinmuskeln waren eher auf Tretbewegungen eingestellt). Die Forscher stellten hierbei insbesondere fest, dass das ZNS Einfluss auf die Bildung und Entstehung der Muskeln sowie deren Aufbau bei den teilnehmenden Sportlern hatte.
Bei den agonistischen und den antagonistischen Muskeln in den Ober- und Unterschenkeln der Schwimmer zeigte sich eine verstärkte Kontraktion, während es bei den Springern zu einer wechselseitigen Reizübertragung kam. Die Schwimmer waren nicht in der Lage, in ihren Beinmuskeln einen ebenso starken Dehnungsreflex auszulösen wie die Springer. Der Grund hierfür ist ein anderes Feuermuster, was zu einer schlechteren Sprungleistung führte.
Das zentrale Nervensystem und die Muskelkoordination
Die Fußballer zeigten hingegen einen mittleren Grad der Reizübertragung. Die Tendenz zu einem neuen Aktivitätsschub am Ende der Kontaktphase beim Springen schwächte allerdings ihr Sprungvermögen. Im Gegensatz dazu zeigten die Beine der Springer eine dynamische, schnelle und sequentielle Feuerung und entwickelten Sprungkraft. Die Sprungbewegung der Fußballer war weniger natürlich, denn hier erfolgte die Feuerung der Muskeln eher in einem Stakkato.
Die Forscher begründeten diese Unterschiede mit den spezifischen Besonderheiten der jeweiligen Sportarten und insbesondere dem jahrelangen Training und dessen Folgen für das ZNS. Sie folgerten daraus, dass „ein längeres Training in einer bestimmten Sportart dazu führt, dass das zentrale Nervensystem die Muskelkoordination den Anforderungen dieser Sportart entsprechend programmiert“ und darüber hinaus „das erlernte Fähigkeit-Reflex-Muster des ZNS hierarchisch in das Leistungsprogramm von anderen Aufgaben einzugreifen scheint“.
Dies ist dann positiv, wenn Sie in Ihrer Sportart richtig trainieren und dabei das Potenzial des ZNS maximieren, um den erwünschten Trainingseffekt zu steigern. Es ist jedoch weniger positiv, wenn Sie die Sportart wechseln und neue Bewegungsmuster annehmen, die durch die Ausübung der vorherigen Sportart beeinträchtigt werden könnten. Nicht gut ist es außerdem, wenn Sie so trainieren, dass die Mitwirkung des ZNS in Ihrer Sportart beeinträchtigt wird.
So unterstützt das ZNS die sportliche Leistung optimal
Das ZNS wirkt sich sowohl unter aeroben (mit Sauerstoff) als auch unter anaeroben (ohne Sauerstoff) Bedingungen auf die sportliche Leistung aus:
Aerober Energiestoffwechsel und das ZNS
Wenn es nicht zu einer Leerung der Glykogenspeicher im Muskel und zur Überhitzung käme, würde der menschliche Körper wahrscheinlich unendlich lange im aeroben Bereich trainieren können. Das ZNS spielt jedoch eine entscheidende Rolle im Hinblick auf das Nachlassen der Ausdauerfähigkeit. Bei Ermüdung schaltet es den aeroben Motor des Sportlers ab – oder bremst ihn zumindest, und zwar deshalb, weil die Ermüdungssignale durch die Rezeptororgane gesendet und entsprechend interpretiert werden.
Zur Interpretation haben Sportwissenschaftler eine Reihe von Modellen vorgestellt, die zu erklären versuchen, warum die Sportler Erschöpfungszustände unterschiedlich empfinden. Ein guter Ausgangspunkt ist die Literatur des bekannten Laufarztes Tim Noakes über seine Theorie des „zentralen Regulators“.
Anaerober Energiestoffwechsel und das ZNS
Sprintet ein Sportler bei einem Workout beispielsweise bis zur Erschöpfung (und vergisst dabei alle chemischen Reaktionen, die z. B. in den Muskeln und im Herz ablaufen), würden die Rezeptormuskeln kontinuierlich sehr starke Erschöpfungssignale über das ZNS weiterleiten. Dies würde dazu führen, dass der Sportler abrupt abbricht. Eine Erschöpfung schwächt das ZNS jedoch auch aus weitaus weniger offensichtlichen Gründen, zum Beispiel bei Pausen zwischen den Sätzen in einem hochintensiven Gewichtstraining (über 80 % von 1 RM) oder zwischen Sprints mit 100 %-igem Einsatz. Darauf wird hier noch eingegangen.
ZNS überwachen – sportliche Leistung optimieren
Die Fokussierung auf das Krafttraining, die Entwicklung von Geschwindigkeit und die Schnellkraft macht deutlich, wie wichtig eine äußerst sorgfältige Planung und Überwachung des Trainings im Hinblick auf das ZNS sind und wie sich dies auf die sportliche Leistung auswirkt. Tabelle 1 zeigt Beispiele für Trainingsmöglichkeiten, die das ZNS stark beanspruchen.
Tudor Bompa, ein führender Fachmann in Sachen Krafttraining, hat nach wirksamen Strategien gesucht, wie er zeitliche Krafttrainingsprogramme planen und entwerfen könnte, die zu einer effektiven Verbesserung der sportlichen Leistung führen und dabei gleichzeitig die Unversehrtheit des ZNS aufrecht erhalten. Er schreibt: „Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die Leistung durch das ZNS wesentlich stärker eingeschränkt wird, als angenommen.“(2)
Tabelle 1: Eine Auswahl hochintensiver Trainingsmöglichkeiten, die zu einer Überbeanspruchung des ZNS führen können (falls die Aufnahme in das Trainingsprogramm des Sportlers nicht unter Traineraufsicht erfolgt)
1) Gewichtheben über 80 % von 1RM
2) kombinierte Gewichthebeübungen, z. B. Reißen und Stoßen
3) Tempotraining bei 100 % Einsatz und mit vollständiger Regeneration zwischen den Wiederholungen
4) Plyometrie-Übungen mit maximalem Einsatz
5) Übungen für maximale Agilität und Abbremsen der Geschwindigkeit
6) Anaerobe Ausdauerübungen mit maximalem Einsatz (z. B. kurze Zeitintervalle mit maximalem Einsatz)
7) Wettkämpfe
(http://www.thejump101.com/art/weight/highlo wtraining.html)
ZNS-Training: Die Bedeutung der mentalen Dimension
Beim ZNS Training müssen die optimalen Bedingungen für eine Verbesserung der maximalen Muskelkontraktion geschaffen werden. Denn dabei spielt neben der Ermüdung noch ein anderer Faktor eine Rolle: die mentale Dimension.
Wenn Sie zum Beispiel sehr schwere Gewichte so schnell wie möglich heben wollen, erfordert dies einen erheblichen mentalen und physischen Aufwand sowie eine maximale neuronale Stimulation. Der Sportler muss mental „topfit“ sein. Es gibt auch Motivationstechniken mit Musik, die den Sportlern helfen können, sich besser zu konzentrieren, sich weniger müde zu fühlen und so die Leistung zu verbessern.
In den 1980er-Jahren arbeitete Bompa zusammen mit Charlie Francis, dem Trainer des in die Schlagzeilen geratenen kanadischen Athleten Ben Johnson. Bompa bestreitet zwar, irgendetwas mit Drogen zu tun gehabt zu haben. Er erzählte Francis jedoch, wie er das ZNS-Training bestmöglich nutzen könnte.
Die Rolle des ZNS im Rahmen der Vorbereitung von Leistungssportlern
Das „Charlie Francis Training System“ ist eine interessante Lektüre, denn sie bestätigte schon vor 20 Jahren die wichtige Rolle des ZNS im Rahmen der Vorbereitung von Leistungssportlern.(3) Die Workouts von Johnson und anderen Schützlingen von Francis wechselten oft – je nach ihrer Wirkung auf das ZNS. Vorgeschriebene Ruhepausen waren enorm wichtig, ebenso das „intuitive Gefühl“ des Trainers dafür, wann der Sportler bei einem Workout „genug hatte“.
So verordnete Francis beispielsweise nach einer absoluten Spitzenleistung im Training und/oder im Wettkampf ein „Erholungstraining“ von 7–10 Tagen. Häufig waren dies für die Sportler total unerwartete Maßnahmen, denn sie waren dank ihrer Leistungen nämlich oft so ekstatisch, dass sie weitere Wettkämpfe absolvieren oder auf 100 % Kraftanstrengung gehen wollten. Francis war jedoch der Meinung, dass Sportler, die diesem Impuls folgen, wegen der übermäßigen Belastung eher verletzungsanfällig sind bzw. einen Leistungsabfall des ZNS verschulden. Dies wiederum wäre negativ für die sportliche Leistung.
Beim Leichtathletiktraining achtete Francis darauf, dass seine Sprinter nicht schneller als 95 % des Maximaltempos liefen. Er kürzte sogar die Trainingseinheiten, um ZNS-Energie zu sparen. Wenn ein Sportler im Training eine persönliche Bestzeit lief, war das Training für ihn beendet, er brauchte keine weiteren Trainingsläufe mehr zumachen. Somit konnte er ZNS-Energie sparen und damit das Verletzungspotenzial verringern.
„Komplex/Kontrast“ -Training
In die Überlegung, inwieweit das ZNS über eine erhöhte Muskelkontraktion eine Steigerung der sportlichen Leistung bewirken kann, sollte auch die „Potenzierung“ der Feuerung der Muskeln mit einbezogen werden. Dies wird auch als „Kraftkombination“ oder „Komplex/Kontrast“ – Training bezeichnet.
Es hat sich gezeigt, dass Sprints vor einem Gewichtstraining oder vor Plyometrie-Übungen – bzw. umgekehrt – die Leistung bei der anschließenden Tätigkeit steigern. Bei der Potenzierung kommt es bei der Muskel-Feuerung zu einer Reihe von stimulierenden Bedingungen, die die neuronale Erregung, die motorische Einheit und die Muskelfaserentstehung ankurbeln und die Hemmung vermindern.
So kann zum Beispiel ein 30-m-Sprint Wegbereiter sein für eine anschließende gesteigerte Leistung bei einer Aktivität, die Schnellkraft er fordert und an der ähnliche Muskelgruppen beteiligt sind, z. B. bei Kniebeugen mit maximaler Wiederholungszahl oder beim Vertikalsprung. Allerdings darf eine verstärkende Aktivität nicht zu einer übermäßigen Ermüdung des ZNS führen. Dies würde den Transfereffekt beeinträchtigen.
ZNS-Ermüdung: Bompa´s Philosophie
Im Hinblick auf ein Gewichtstraining zur Verbesserung der Explosivkraft vertritt Bompa die Ansicht, dass Wiederholungen eine wichtige Trainingsvariable im Kampf gegen die ZNS-Ermüdung darstellen. Er empfiehlt wenige Wiederholungen zu machen, jedoch bei sehr großen Belastungen von über 90 % von 1RM, um Kraft zu entwickeln, die die Schnelligkeit und Schnellkraft ankurbelt und für eine erhöhte Beteiligung des ZNS sorgt. Die Erholungszeiten zwischen den Sätzen mit 1–3 Wiederholungen können bei ihm ganze 6 Minuten betragen!
Entscheidend hierbei sei es, dass diese Belastungen einen gesteigerten Erregungszustand und einen besseren Rezeptor, eine erhöhte Rekrutierung motorischer Einheiten und eine größere nervliche Stimulierung bewirken. Solche Belastungen und Erholungszeiten trügen auch zur Entwicklung von Maximalkraft bei und verursachten keine Zunahmen von Muskelmasse. Dies wäre nämlich ungünstig für das Kraft-Gewichts-Verhältnis des Sportlers.
ZNS Training und „Schnelligkeit“
Bompa zufolge gibt es im Bereich des ZNS 2 Abläufe, welche die sportliche Leistung betreffen – „Erregung“ und „Hemmung“. Diese haben in etwa die Funktion von Effektoren und Rezeptoren (siehe oben). Die Geschwindigkeit, mit der Signale von den Rezeptoren zu den Effektoren und wieder zurück gesendet werden, bedingt einen Zustand der Erregung oder der Hemmung.
Um den Körper beispielsweise beim Sprinten schnellstmöglich zu bewegen, muss die Signalübertragung durch das ZNS ebenfalls mit möglichst hoher Geschwindigkeit erfolgen. Für eine optimale Bildung von schnellen Muskelfasern (FT) müssen die Rezeptoren und die Effektoren eines Sportlers daher optimal erregt und enthemmt sein.
Die Ermüdung des ZNS verlangsamt die Erregungsgeschwindigkeit, insbesondere bei den FT-Fasern, die dann wesentlich schneller ermüden als die langsamen Muskelfasern (ST). Folglich – so Bompa – sollten Übungen nur so lange ausgeführt werden, wie dies mit „Schnelligkeit“ möglich ist. Um diese Schnelligkeit sicherzustellen, sollte auf die nachfolgend genannten Symptome für eine ZNS-Ermüdung achten:
1) längere Bodenkontaktzeiten beim Sprinten oder bei Plyometrie-Übungen (Springen)
2) langsamere Geschwindigkeit beim Gewichtheben und geringere Hebeleistung beim Gewichtstraining
3) verminderte Leistungsfähigkeit bei sportspezifischen Aktivitäten
So planen Sie Ihr Training
Bei der Planung des Trainingsprogramms ist unbedingt darauf zu achten, wann hochintensive Trainingseinheiten (Workouts, die das ZNS ermüden) stattfinden und in welchem zeitlichen Abstand. Bompa empfiehlt eine Regenerationsphase von 48 Stunden zwischen hochintensiven Workouts. Ein Sportler könne am selben Trainingstag durchaus mehrere gleich intensive Trainingseinheiten absolvieren.
Dies sei zum Teil auf den Effekt der Potenzierung zurückzuführen, diene aber auch dazu Zeit zu gewinnen, sodass der nächste Tag zur Regeneration des ZNS genutzt werden kann. So könnte ein Sprinter beispielsweise am selben Tag ein Sprinttraining und ebenso intensive Plyometrieübungen machen. Am darauffolgenden Trainingstag sollte das Training jedoch so gestaltet werden, dass das ZNS nicht gefordert wird – d. h. es könnten Tempoläufe (mittleres Tempo, bei dem das anaerobe System nicht übermäßig belastet wird) oder Teambesprechungen und nicht so intensive Spiele sattfinden.
Schlussfolgerung
Die Rolle des ZNS bei der Steigerung der sportlichen Leistung erfordert besondere Beachtung. Hier könnte der Schlüssel für z. B. mehr Schnelligkeit und Schnellkraft liegen. Trainer und Sportler sollten sich der Bedeutung des ZNS bewusst werden und beim Training und Wettkampf entsprechende Strategien einführen, die eine maximale Beteiligung des ZNS an der sportlichen Leistung gewährleisten.
John Shepherd ist Fachautor für Gesundheit, Sport und Fitness und ein ehemaliger internationaler Weitspringer
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Quellenangaben
- Journal of Electromyography and Clinical Neurophysiology 2003. Bd. 43 (3), S. 141–56
- Bompa, T. et al: Periodization training for sports. Human Kinetics 2005, 2. Auflage
- The Charlie Francis Training System – auf www.charliefrancis.com
Fachsprache
Dehnungsreflex – eine exzentrische (verlängernde) Muskelkontraktion, die die Leistung der anschließenden konzentrischen (verkürzenden) Kontraktion derselben Muskelgruppe(n) erhöht
Konzentrischer Sprung – ein Sprung aus einer gehaltenen Knieflexionsstellung, z. B. 45 °, wodurch verhindert wird, dass beim Sprung ein Dehnungsreflex auftritt
Drop Jump – ein Sprung von einer Plattform, der beim Auftreffen auf dem Boden zu einem Dehnungsreflex führt und Sprungkraft und Schnelligkeit fördert
Agonistischer Muskel – der Hauptmuskel, der an der Erzeugung einer bestimmten Bewegung beteiligt ist, z. B. der Bizeps bei der Hebephase eines Bizeps-Curls
Antagonistischer Muskel – der Gegenspieler des an einer Muskelkontraktion beteiligten Muskels. Bei der Hebephase eines Bizeps-Curls wäre dies z. B. der Trizeps
Glykogen – eine Speicherform der Kohlenhydrate in den Muskeln, es wird als Energielieferant genutzt
FT-Fasern (Schnelle Muskelfasern) – sie kontrahieren 2 bis 3- mal schneller als die langsamen Muskelfasern
ST-Muskelfasern (Langsame Muskelfasern) – sie können eine geringere Kontraktionsgeschwindigkeit für längere Zeiträume aufrechterhalten
Motorische Einheit – eine impulsleitende Nervenzelle und die von ihr innervierten Muskelfasern
