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Christoph Mickel

• Das Phänomen der Bewegungsvariabilität erfährt in den letzten Jahren ein gesteigertes Interesse. Die Betrachtung von Modellen der Motorik zeigt, dass innerhalb traditioneller Theorien Variationen in der Bewegungsausführung als Fehler des Systems aufgefasst werden, während aktuellere Theorien Variabilität als dem System inhärente Erscheinung und als möglichen Kompensationsmechanismus betrachten. Eine Operationalisierung der Variabilität als Messwert ist abhängig vom theoretischen Ausgangspunkt. Nichtlineare und klassische Auswerteverfahren – wie die detrended fluctuation analysis, die Standardabweichung, der Variationskoeffizient, u.a. – schließen sich jedoch keinesfalls aus, sondern können sich in der Erweiterung des Verständnisses der zugrundeliegenden physiologischen Mechanismen ergänzen. In der empirischen Untersuchung wurde geprüft, ob der Einsatz von dreidimensionalen Beschleunigungsaufnehmern in der Ganganalyse die Möglichkeit bietet – neben den schon in diversen Untersuchungen dargestellten Schrittzyklusdauer und Schrittbreite – weitere Teilaspekte der Bewegung zu beschreiben und insbesondere deren Variabilität nicht ausschließlich über eine Aneinanderreihung von diskreten Werten, die jeweils einen einzelnen Zyklus abbilden, zu betrachten. 48 Sportstudenten gingen hierzu 20 bis 25 Minuten kontinuierlich, bei selbstgewählter Geschwindigkeit, die nicht willentlich verändert werden sollte, und ebenem Untergrund. Dabei trugen sie an jedem Fuß jeweils einen triaxialen Beschleunigungssensor am distalen Ende des Os metatarsale III und unterhalb des Malleolus lateralis. Über zwei Doppellichtschranken wurde die Lokomotionsgeschwindigkeit der Probanden erfasst. Anhand des Fersenkontaktes wurden die Beschleunigungs-Zeitverläufe der Versuchspersonen in einzelne Schrittzyklen getrennt und deren Dauer bestimmt. Außerdem wurde die Dauer der Stand- und Schwungphase sowie die double-support-time identifiziert. Die einzelnen Schrittzyklen pro Versuchsperson wurden zeitnormiert und für jede Achse getrennt aufsummiert, um eine ensemble-averagecurve (Punkt zu Punkt Verfahren) zu erstellen. Aus den Standardabweichungen in Allen drei Achsen wurde darüber hinaus ein Variabilitätsquader für jeden Zeitpunkt des Schrittzyklus berechnet. Diese wurden für die bereits angesprochen Phasen zusammengefasst und auf Unterschiede geprüft. Die statistische Analyse ergab, dass sich die Variabilität im Raum zwischen den Phasen signifikant unterscheidet (Signifikanzniveau 0,05), jedoch keine Unterschiede zwischen der rechten und der linken Seite bestanden. Für die Zeitreihen, die aus der Schrittzyklus-, Standphasen- und Schwungphasendauer sowie den double-support-times zusammengesetzt waren, wurde eine detrended fluctuation analysis durchgeführt. Der Vergleich dieser Zeitreihen mit fiktiven Zeitreihen, die die gleicheStandardabweichung und den gleichen Mittelwert allerdings eine andere zeitliche Struktur aufwiesen, zeigte, dass die Zeitreihen Langzeitkorrelationen aufwiesen. Für die Schrittzyklusdauer liegen die α-Werte mit im Gruppendurchschnitt 0,856 im Bereich derer, die in der Literatur für Normalpersonen zu finden sind. Die α-Werte für die Stand- (0,776) und Schwungphasendauer (0,656) sowie die double-support-time (0,624) können nicht mit anderen Untersuchungen verglichen werden, da – soweit bekannt – keine weiteren Studien existieren, die diese Parameter mittels DFA untersucht haben. Die Ursache der Bewegungsvariabilität – innerhalb der mechanisch zulässigen Grenzen – entsteht innerhalb des neuronalen Systems. Zytologisch lassen sich ca. 100 verschiedene Neuronentypen klassifizieren. Die Vielfalt der Ionenkanalausprägung ist allerdings noch größer. Leckströme, ungerichtete Ausschüttung von Transmittern, Veränderungen des Zellvolumens, transzelluläre Boten u.a. sind für Schwankungen der intra- und extrazellulären Ionenkonzentrationen und somit für die Fluktuationen des Membranpotentials einer Nervenzelle verantwortlich. Auch die synaptische Übertragung ist variabel: Das gleiche präsynaptische Potential sorgt nicht für die Ausschüttung der gleichen Menge an Vesikeln. Auch die Wirkung des Neurotransmitters an der postsynaptischen Membran ist von diversen Mechanismen modulierbar. Aus energetischer Sicht muss man das Henneman-Prinzip für die Rekrutierung von motorischen Einheiten innerhalb des Motoneuronenpools nach Größe in Frage stellen. Ohne weitere modulierende Faktoren würden bei wiederholter Ausführung einer submaximalen Belastung immer die gleichen motorischen Einheiten aktiviert. In Abhängigkeit der Intensität und der metabolischen Ausgangssituation würde eben dies über kurz oder lang zu einer Ermüdung führen. Dies jedoch stellt eine Gefährdung des Organismus dar. Eine Rotation in der Rekrutierungsreihenfolge der Motoneurone könnte einer Ermüdung vorbeugen. Da nun aber nicht alle Muskelfasern exakt parallel vom Ansatz zum Ursprung verlaufen, würde im Falle einer solchen Rotation gegebenenfalls zwar die gleiche Kraft, aber eventuell in leicht veränderter Richtung produziert. Es ist davon auszugehen, dass dies einen Teil derbeobachtbaren Variabilität darstellt. Aus Sicht der Sensorik ist Variabilität zu begrüßen. Wiederkehrende Reize haben keinerlei Neuigkeitswert und werden demnach schnell nicht mehr detektiert. Die Interaktion mit der Umwelt setzt aber eine möglichst präzise und umfangreiche sensorische Wahrnehmung voraus. Produziert nun die Motorik Variabilität, die dafür sorgt , dass die Sensorik ihre Detektionsqualität steigern oder zumindest länger aufrecht erhalten kann, so stellt dies eine Win-Win Situation dar.