My digital twin is revealing the biomechanics of safe and efficient strength training

Krafttraining ist weit verbreitet im Spitzen-, Breiten- und Gesundheitssport. Wissenschaftlich ist die Beziehung zwischen der Biomechanik des Bewegungsapparates und der Auswirkung von Krafttrainingsinterventionen aber unklar. Das Ziel dieses Projektes ist das Entwickeln und Validieren von biomechanischen Computermodellen und mobilen Messmethoden.

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Ergebnis

Dieses Projekt hat mehrere neuartige, evidenzbasierte Beiträge zur Krafttrainings- und Rehabilitationsforschung geleistet. Erstmals konnten wir einen quantitativen Zusammenhang zwischen der mittels MRT bestimmten, individuell spezifischen Muskelmasse und leistungsrelevanten Kennwerten bei Kniebeugen (1RM-Last, Kniebeugentiefe) nachweisen. Damit konnten wir zeigen, dass die anatomischen Voraussetzungen die Trainingsergebnisse wesentlich beeinflussen und dass individualisierte Trainingsprogramme generischen Trainingsansätzen überlegen sein können.

Zudem konnten wir belegen, dass handelsübliche Wearables wie die Apple Watch bei geschwindigkeitsbasierten Trainingsmessungen eine Genauigkeit auf Forschungsniveau erreichen. Dies bietet der Sportwissenschaft und der Rehabilitation eine leicht zugängliche und kostengünstige Alternative zu teurer Laborausrüstung, um die Trainingsintensität auch ausserhalb von Klinik- und Forschungsumgebungen zu überwachen. Damit leistet das Projekt einen direkten Beitrag zu den Schwerpunkten «Personalisierte Gesundheit» und «Digitalisierung», die den Anstoss für dieses Forschungsvorhaben gaben.

Unsere muskuloskelettalen Modellierungsarbeiten lieferten zudem neue geschlechtsspezifische Erkenntnisse zur Muskelkraftverteilung sowie zu Indikatoren des Risikos für Verletzungen des vorderen Kreuzbands (ACL), insbesondere zum Verhältnis von Hamstring- zu Quadrizepskraft, bei häufig eingesetzten Kraftübungen. Diese Ergebnisse bieten Trainerinnen und Trainern sowie klinischen Fachpersonen eine differenziertere wissenschaftliche Grundlage als die bislang verfügbaren allgemeinen Empfehlungen.

Die Projektresultate wurden in neun begutachteten wissenschaftlichen Publikationen sowie in internationalen Konferenzbeiträgen (z. B. der International Society of Biomechanics in Sports, ISBS) veröffentlicht. Darüber hinaus fanden die Erkenntnisse bereits Eingang in die praktische Trainingsgestaltung in Zusammenarbeit mit einer Elite-Unihockeymannschaft. Damit setzt das Projekt seinen erfolgreichen Weg fort, biomechanische Forschung in konkrete, sicherheitsorientierte Empfehlungen für das Krafttraining von Leistungssportlerinnen und Leistungssportlern, Freizeitsporttreibenden sowie Rehabilitationspatientinnen und -patienten zu übersetzen.

Beschreibung

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Basierend auf dem neusten Fachstand werden wir 1) subjekt-spezifische biomechanische Computermodelle weiterentwickeln, 2) das mobile Messen von Trainingsvolumen und muskulärer Ermüdung mittels der Apple ‘smart‘ Armbanduhr vorantreiben, und 3) die neuen Messmethoden und Algorithmen wissenschaftlich validieren. Krafttraining ist ein Eckpfeiler zur Aufrechterhaltung der Fitness als auch der Prävention und Rehabilitation von Verletzungen und Schmerzen des Bewegungsapparates. Es wurde auch gezeigt, dass Krafttraining die krebsbedingte Sterblichkeit signifikant senken kann. Dabei sind wissenschaftlich fundierte Trainingsanweisungen für den individuellen Erfolg und das Verringern der Verletzungsgefahr von grosser Bedeutung.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Die Weiterentwicklung und Validierung von Computermodellen und leicht zugänglichen Messmethoden im Rahmen dieses SNF Projektes sind dementsprechend von hoher Relevanz im Bereich der Biomechanik und Sportwissenschaft, als auch im weltweiten Gesundheitswesen unseres digitalen Zeitalters.