Sitzung 5.pdf - Moodle 2

„Vorbereitung für die
wissenschaftliche Arbeit“
I.
Ablauf im empirischen Forschungsprozess
Entscheidungs-
und Planungsphase
II. Problemanalyse
Themenwahl
Erfahrungen Studienschwerpunkte Literatur
Formulierung des Untersuchungsproblems
Vorgespräch mit dem Betreuer
Erstellung einer Disposition
Formale Bestätigung der Arbeit
Erarbeitung /
Bereitstellung der
Untersuchungs-
methoden
Auswertungs-
strategie
Theoriephase
Untersuchungskonzeption
III. Konzeption der
empirischen Unter- Hypothesenbildung Untersuchungsdesign/ Untersuchungssuchung
/
Vorgehensweise
methoden
hermeneutische
Arbeitsweise
PlausibilitätsprüfungRahmenbedingung
IV. Empirische
Untersuchung /
hermeneutische
Bearbeitung
V. Datenanalyse
VI. Ausarbeitung
Vergleich von
Theorien
Untersuchungsdurchführung
Rekrutierung der
Stichprobe / Quellen
Datenanalyse
Datenaufbereitung/
Kategorisierung
Erarbeitung /
Bereitstellung der
Interventions- und
Analysemethoden
Statistische Bearbeitung /
Entscheidungsgrundlagen
Ausarbeitung
Formale Regeln Inhaltliche Gestaltung
Darstellung und
Interpretation der
Ergebnisse
* aus Literaturstudium
* aus Untersuchungen
Literaturstudium Publizierte
Untersuchungen
lässt das
Untersuchungsproblem
empirischen Zugang zu?
ja nein
Methoden-
kenntnisse
vorhanden
Reflexion der
Ergebnisse/
Rückschlüsse
auf Theorie
aus BÖS, HÄNSEL, SCHOTT 2000, S. 34
Relevanz einer
theoretischen
Bearbeitung
Praxisrelevanz
(Verwertungszu-
sammenhang)
der Ergebnisse
Titel 6. Sitzung
Forschungsprozess gesamt
1

Quantitative Methoden – Biomechanik / Motorik
Inhalt
Die naturwissenschaftlichen Theoriebereiche
• Trainingswissenschaft
• Bewegungswissenschaft
• Biomechanik
• Sportmedizin (Sportanatomie, Sportphysiologie)
Quantitative Methoden – Kinemetrie 1
• Grundlagen
• Kinemetrie beschreibt die Geometrie der
Bewegungen, d.h. deren räumlich
zeitlichen Ablauf, wobei Masse und Kraft
(die Bewegungsursache) nicht
berücksichtigt werden.
• Kinemetrie objektiviert den räumlichzeitlichen
Verlauf von Bewegung
• Gesamtheit der Verfahren zur Messung
kinematischer Größen
Inhalt
2

Quantitative Methoden – Kinemetrie 2
• geometrische Merkmale:
• Wege, Strecken, Winkel
• lineare Bewegungen
• Geschwindigkeiten
• Beschleunigungen
Messgrößen
Abgeleitete Grössen
Quantitative Methoden – Kinemetrie 3
Bewegung
Zeit Weg
Messung
• zeitliche Merkmale:
• Zeit, Frequenzen
• Drehbewegungen
• Winkelgeschwindigkeiten
• Winkelbeschleunigungen
3

Quantitative Methoden – Kinemetrie 4
Messprinzipien
Video
Film
Infrarot
Reflex-
Marker
Bewegungsabbild
vollständig unvollständig
LED
Lichtspur-
Marker
Quantitative Methoden – Kinemetrie 5
Anwendungsbeispiele
Ultraschall
Sender/
Sensor
Magnetfeld
Sender/
Sensor
4

Quantitative Methoden – Dynamometrie 1
• Grundlagen
• Die Dynamometrie dient der direkten Messung von äußeren
Kräften, d.h. von Kräften, die an der Peripherie des Körpers
als Reaktionskräfte gemessen werden können.
• Die Messung von Kräften erfolgt heute üblicherweise auf
elektronischem Wege, d.h. die verformende Wirkung der
Kraft an elastischen Körpern wird zur Kraftmessung
benutzt. Diese mechanische Verformung kann in elektrische
Größen umgewandelt werden. Zur Umwandlung
werden im wesentlichen Widerstandsgeber (sogenannte
Dehnungsmessstreifen) und piezoelektrische Geber
(Quarzkristalle) verwendet.
• Früher sprach man von Dynamographie
Quantitative Methoden – Dynamometrie 2
• Grundlagen
Kräfte können nur bei Bewegungsänderungen,
Verformung oder bestimmten Gleichgewichtssituationen
nachgewiesen werden. Kraftmessungen
erfolgen meist anhand der Verformung an einem
Messwertaufnehmer (Sensor).
s
F
Aus dem Hooke‘schen Gesetz folgt:
s = D * F
Also z. B.: F 2 = 2 * F 1 ⇒ s 2 = 2 * s 1
5

Quantitative Methoden – Dynamometrie 3
Messprinzipien
Elektrischer
Widerstand
Piezoelektrischer
Effekt
Deformation
Halbleiter
Widerstand
Magnetoelektrischer
Effekt, Induktion,
(Hall-Effekt)
Quantitative Methoden – Dynamometrie 4
Messprinzipien
Dehnungsmessstreifen
Kapazitiver
Effekt
Elektrischer Widerstand
6

Quantitative Methoden – Dynamometrie 5
Anwendungsbeispiel
Einsatz von
Dehnungsmessstreifen
Quantitative Methoden – Dynamometrie 6
Messprinzipien
Piezoelektrischer Effekt
Geschichte: Entdeckung durch die Brüder Curie im
Jahre 1880
Definition: „Piezo“ = griech. Piezein à� Druck, drücken
Kristalle aus Quarz reagieren auf Druck von
außen mit elektrischen Ladungs-
veränderungen an der Oberfläche.
nach Kistler, Piezoelektrische Meßtechnik
7

Quantitative Methoden – Dynamometrie 7
• Anwendungsbeispiel Einsatz einer Piezo-
Messplattform
Vertikale Bodenreaktionskräfte beim
Laufen mit unterschiedlichen Sportschuhen
Quantitative Methoden – Elektromyografie 1
• Grundlagen
• Elektromyografie erfasst die elektrischen Aktionspotentiale
bei der Aktivierung des Muskels.
• Die Elektromyografie gibt Einsicht in die inter- und intramuskulären
Aspekte der Koordination bei Bewegungshandlungen
im Alltag und im Sport.
• Wissenschaftler verschiedenster Forschungsgebiete verwenden
das EMG zur Registrierung physiologischer und
pathophysiologischer Kontrollphänomene. Physio- und
Sporttherapeuten, Trainer und Sportlehrer haben mit dem
EMG, hier insbesondere mit dem Oberflächen-EMG, ein
Werkzeug entdeckt, das ihnen ermöglicht, komplexe
Bewegungsabläufe zu studieren.
8

Quantitative Methoden – Elektromyografie 2
Deetjen/Speckmann: Physiologie. 1999
Quantitative Methoden – Elektromyografie 3
9

Quantitative Methoden – Elektromyografie 4
Quantitative Methoden – Elektromyografie 5
Nadelelektroden
Eine Nadel wird in die tiefer liegende Muskulatur invasiv eingeführt.
10

Quantitative Methoden – Elektromyografie 6
Monopolare Nadel – EMG
Elektrode
Quantitative Methoden – Elektromyografie 7
Risiken der Nadel EMG
• Infektionsrisiko
• Gefahr von Materialbruch
• Schmerz und damit Bewegungsverfälschung
11

Quantitative Methoden – Elektromyografie 8
• Anwendungsbeispiele
EMG beim Sprung:
Von oben: Integriertes,
gleich-gerichtetes und
Roh-EMG des M.
gastrocnemius und
vertikale Bodenreaktionskraft
beim Tief-
Hochsprung aus 30 cm
Höhe.
Aus der Höhe der EMG-Amplituden könnte die Stärke der muskulären
Aktivierung des Muskels beim reaktiven Sprung abgeschätzt werden.
Beachte: Dieser Muskel ist bereits vor dem Bodenkontakt (Vertikalpfeil) aktiv.
Quantitative Methoden – Elektromyografie 9
• Anwendungsbeispiele
Typisches mittleres EMG
Muster des M. tibialis und
gastrocnemius beim
100m-Sprintlauf.
Die Muster werden aus 7
Einzelschritten beim
Laufen mit höchster Geschwindigkeit
gemittelt.
Der erste Bodenkontakt
(untere Spur, senkrechter
Pfeil) diente als Triggersignal
zur
Synchronisation.
12

High output
Low output
SOL EMG [mV]
10
The H-reflex
8
6
4
2
0
M-Wave
0 5 10 15 20
Stimulation intensity [mA]
M-Wave
H-Reflex
H-Reflex
Time [ms]
13

Preferred muscles
m. soleus m. tibialis anterior m. flexor carpi radialis
TMS
14

Historical background
Galvani and Volta in the 1790’s Principles of electromagne?c
induc?on were first discovered by
Michael Faraday in 1831
Historical background
Silvanus P. Thompson
trying to s?mulate his
brain using a magne?c
field, London 1910
The Sheffield group with the s?mulator
which first achieved transcranial
magne?c s?mula?on, February 1985.
From leM to right: Reza Jalinous, Ian
Freeston and Tony Barker
15

The methodology – the magne?c field
The methodology – current s?mulators
16

The methodology – coils
The methodology – applying TMS
monophasic
biphasic
Lines of flux
HalleV (2007)
monophasic biphasic
PA
AP
PA
AP
17

The physiology – the motor evoked poten?al (MEP)
by single pulse TMS
EMG
~25 ms
Repetitive TMS
18

Ar?ficially induced cor?cal plas?city – repe??ve
TMS (rTMS)
rTMS – recordings of the descending volleys
at the spinal cord
DiLazzaro et al. (2002)
Pascual-­‐Leone (1994)
19

Clinical applica?on of rTMS
-­‐ Major depression
-­‐ Schizophrenia
-­‐ Tinitus
-­‐ Stroke
-­‐ …
Ridding and Rothwell (2007)
Quantitative Methoden – Ergometrie 1
• Grundlagen der Verfahren
• Messprinzipien
• Anwendungsbeispiele
20

Quantitative Methoden – Ergometrie 2
• Grundlagen
VO 2 max ist die maximale Menge an Sauerstoff, die ein
Individuum der Luft entnehmen, zu den Organen transportieren
und dort verwerten kann. Sie ist identisch mit
der Menge Sauerstoff, die durch große Muskelgruppen
während einer Belastung mit zunehmender Intensität bis
zur subjektiven Erschöpfung verbraucht werden kann.
Messgrößen:
Absolut in Liter/Minute
relativ in ml/kg*min.
Sie hängt sowohl von der Lungen- als auch von der
Herzfunktion ab!
Quantitative Methoden – Ergometrie 3
• Messprinzipien
Bei der Spiroergometrie erfolgt eine umfassende Untersuchung
der Leistungsfähigkeit von Herz und Lunge.
Der Athlet atmet durch ein Mundstück über ein Mess-
System, und es werden bestimmt:
• das Atemzugvolumen (Atemvolumen, das bei jedem
einzelnen Atemzug geatmet wird)
• das Atemminutenvolumen (in einer Minute insgesamt
geatmetes Volumen).
• Weitere Parameter sind:
� Herzfrequenz
� Sauerstoffaufnahme
Ø� Laktat - (aerob-anaerober Übergangsbereich)
21

Quantitative Methoden – Ergometrie 4
% der maximalen
O 2 -Aufnahme
100
50
maximale
aerobe Leistung
2 4 6 8
Stunden
Quantitative Methoden – Ergometrie 5
• Anwendungsbeispiele
§� Leichtathletische
Ausdauerdisziplinen
§� Triathlon
§� Radsport
§� Schwimmsport
§� Rudern etc.
Anwendungsbeispiel
Mit zunehmender Arbeitsdauer nimmt
der Prozentsatz der maximalen
Sauerstoffaufnahme (VO 2 max) ab,
und zwar beim Untrainierten stärker
als beim Trainierten.
Trainiert
Untrainiert
Aus Weineck, Sportbiologie, 1998, S. 176
22

Literaturempfehlung
ergänzend und vertiefend:
• Roth,K. und Willimczik, K. (1999). Bewegungswissen-
schaft. Reinbek: Rowohlt.
• Nigg, B.M. und Herzog, W. (Eds.) (1999). Biomechanics
of the Musculo-skeletal System. Wiley: Chichester
• Autorenkollektiv: Biomechanische Untersuchungsme-
thoden – Sommerkurs der Deutschen Gesell-
schaft für Biomechanik, Münster, 1999
Übung
(Kopie im Ordner und Download als PDF-Datei)
Kraftzunahme und muskuläre Aktivierung bei
Maximalkrafttraining bei Skispringern
a.) Fragestellung
b.) Hypothese (einseitig/zweiseitig)
c.) AV, UV, Moderator- und Störvariablen
d.) verwendete Methoden mit Begründung
23

Übung
Veränderung des Laufstils durch Barfußtraining
a.) Fragestellung
b.) Hypothese (einseitig/zweiseitig)
c.) AV, UV, Moderator- und Störvariablen
d.) verwendete Methoden mit Begründung
Übung
Gangbild von Männern versus Frauen
a.) Fragestellung
b.) Hypothese (einseitig/zweiseitig)
c.) AV, UV, Moderator- und Störvariablen
d.) verwendete Methoden mit Begründung
24

Übung
Unterschied von verschiedenen Fussballschuhen
bezüglich muskulärer Aktivierung und Belastung
des Bewegungsapparats (Kniegelenk,
Sprunggelenk)
a.) Fragestellung
b.) Hypothese (einseitig/zweiseitig)
c.) AV, UV, Moderator- und Störvariablen
d.) verwendete Methoden mit Begründung
Übung
Verletzungsmechanismen bei Balletttänzerinnen
während des Gleichgewichtstrainings
a.) Fragestellung
b.) Hypothese (einseitig/zweiseitig)
c.) AV, UV, Moderator- und Störvariablen
d.) verwendete Methoden mit Begründung
25

Übung
Aktivierung des Gehirns bei maximalkräftigen
versus schnellkräftigen Kontraktionen
a.) Fragestellung
b.) Hypothese (einseitig/zweiseitig)
c.) AV, UV, Moderator- und Störvariablen
d.) verwendete Methoden mit Begründung
Schwarz
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