Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung  1

2  Fachliche Grundlagen der Sportanatomie und -physiologie  2

2.1  Aktiver Bewegungsapparat  2

2.1.1  Aufbau der Muskulatur  3

2.1.2  Muskelkontraktion  4

2.1.3  Funktion und Bauprinzip des Skelettmuskels  4

2.1.4  Agonisten, Antagonisten und Synergisten  5

2.1.5  Arbeitsformen der Muskulatur  6

2.1.6  Muskelkater  7

2.1.7  Sportverletzungen  7

2.2  Trainingslehre  8

2.2.1  Belastungsnormative  9

2.2.2  Krafttraining  9

2.3  Körperliche Anpassung auf Trainingsbelastungen  11

2.3.1  Anpassung der Skelettmuskulatur an Belastung  12

2.3.2  Das Herz und seine Anpassung auf körperliche Belastung  13

3  Didaktische Konzepte zur Vermittlung von Sportanatomie und -physiologie  14

4  Didaktische Analyse  16

4.1  Bedeutung des Themas im Unterricht  17

4.2  Kerncurriculum  18

4.3  Lernausgangslage  18

4.4  Lernziele und angestrebte Kompetenzen  19

4.5  Methodische Überlegungen  23

4.5.1  Organisatorischer Ablauf  24

4.5.2  Vorstellung der einzelnen Stationen und methodische Begründung  25

5  Zusammenfassung  28

  (I) Literaturverzeichnis  29

  (II) Bilder der abgegebenen Materialien  32

  (III) Materialliste  34

  (IV) Abbildungsverzeichnis und Tabellenverzeichnis  35

(V) Stationsmaterial ................................................................................................................ 40

Einleitung

1 Einleitung

Im 19. Jahrhundert sagte Arthur Schopenhauer ¹ „es gibt 1000 Krankheiten, aber nur eine Gesundheit“. Gesundheitliche Probleme entstanden zu der Zeit meist aufgrund von Nahrungsmangelerscheinungen und harter Arbeit. Die Worte Schopenhauers haben jedoch an Aktualität nicht verloren. Heute steht die Gesellschaft allerdings vor weiteren gesundheitlichen Problemen. Studien belegen, dass die Anzahl der an Adipositas erkrankten Kinder und Jugendlichen in den letzten Jahren erheblich zugenommen hat. So haben beispielsweise die KIGGS-Studien ergeben, dass 17 % der Schüler im Alter von 14 bis 17 Jahren übergewichtig sind und 8,5 % unter Adipositas leiden (KURTH & SCHAFFRATH, 2007). Schuld sind meist Bewegungsmangel und falsche Essgewohnheiten. Die Folgen sind Diabetes und Herzkreislauferkrankungen, aber auch Haltungsschwächen aufgrund des Bewegungsmangels (DE MARÊES 2003, 512f).

Die vorliegende Bachelorarbeit beinhaltet ein Konzept für Lehrer/innen, die Thematik „Gesund und richtig trainieren - den Körper verstehen“ in den Unterricht zu integrieren. Auch die Schule muss sich diesen Anforderungen stellen und öffnen und sich der Gesundheitsförderung zuwenden. Das dargestellte Konzept kombiniert die Unterrichtsfächer Biologie und Sport. „Sportbiologie ist ganz allgemein die Lehre vom Leben des Menschen in Bezug auf den Sport“ (WEINECK 2004, 12). Im Vergleich zu anderen Fachbereichen ist die Sportbiologie eine relativ junge Wissenschaft, findet jedoch allmählich auch in den Schulalltag Einzug (SCHEID/PROHL 2007a, 11). Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt insbesondere darin, den durch Bewegungsmangel bedingten Haltungsschwächen durch eine Anleitung zum sanften Krafttraining entgegenzuwirken. Dieses sanfte Krafttraining trägt zum Ausgleich muskulärer Dysbalancen bei und soll die Schüler und Schülerinnen (SuS) ² zu mehr Sport motivieren, da die Erfahrung zeigt, dass Sport in der Jugend die beste Altersvorsorge ist. Zusätzlich sollen durch das hier vorgestellte Konzept falsche Trainingsgewohnheiten vorgebeugt und das Verletzungsrisiko beim Sport vermindert werden. Die Zielgruppe sind SuS der 10. Klasse der Haupt- und Realschule.

Die vorliegende Arbeit ist wie folgt gegliedert: Im Kapitel 2 werden die fachlichen Grundlagen zum aktiven Bewegungsapparat, zu dem Herzkreislaufsystem und zur Trainingslehre erläutert. Hierdurch soll eine theoretische Basis für die praktische Umsetzung des Unterrichtskonzeptes gegeben werden. Darauf folgt in Kapitel 3 eine Darstellung schon vorhandener Konzepte. Die didaktische Analyse mit der methodischen und didaktischen Begründung erfolgt in Kapitel 4. Weiterhin werden in diesem Abschnitt die entwickelten Unterrichtsmaterialien vorgestellt und mit den Lernzielen und angestrebten Kompetenzen

¹ Arthur Schopenhauer (1788- 1860), deutscher Philosoph.

² Zur Vereinfachung werden „Schüler und Schülerinnen“ in dieser Arbeit im Folgenden mit SuS abgekürzt.

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Fachliche  Grundlagen der Sportanatomie und -physiologie  

begr  ündet. Ihren Abschluss findet diese Arbeit mit einer zusammenfassenden Erläuterung der  

Inhalte  und einem Ausblick (Kapitel 5)  

2  Fachliche Grundlagen der Sportanatomie und -physiologie  

Um  ein gutes Verständnis zur Thematik „Gesund und richtig trainieren - den Körper  

verstehen“  zu erreichen, ist fachliches Grundwissen über den menschlichen Körper  

erforderlich.  Daher sollen im Folgenden grundlegende anatomische und physiologische  

Kenntnisse  vermittelt werden.  

2.1  Aktiver Bewegungsapparat  

In  der Sportphysiologie steht in erster Linie die Bewegung im Vordergrund. Anatomisch wird  

diese  vom menschlichen Körper durch einen aktiven und passiven Bewegungsapparat  

ausgef  ührt. Ersterer besteht aus der quergestreiften Muskulatur, den Sehnen und den  

Hilfseinrichtungen.  Dieses sind Muskelfaszien, Schleimbeutel, Sehnenscheiden und  

Sesambeine.  Der passive Bewegungsapparat setzt sich aus dem Skelett und den Gelenken  

zusammen.  3 Zur Ausführung einer Bewegung ist das Zusammenspiel von beiden Systemen  

erforderlich.  Die durch Muskelkontraktion erzeugte Kraft wird über Sehnen an die Knochen  

  übertragen. Dadurch werden die verschiedenen Teile des Bewegungsapparates gegeneinander  

bewegt  (FALLER 2004, 126 SCHEID PROHL 2007a, 49) Der Anteil der Muskulatur am  

Gesamtk  örpergewicht beträgt beim Mann ca. 40 bis 50 und bei der Frau etwa 25 bis  

35  Die mechanische Hauptaufgabe der Muskeln liegt in der Kontraktion und der damit  

einhergehenden  Kraftentwicklung (HOLLMANN STRÜDER 2009, 44 WEINECK  

2008,  84)  

3  Auf den passiven Bewegungsapparat wird in dieser Arbeit nicht weiter eingegangen. Zur vertiefenden Lektüre  

siehe  SCHÜNKE (2000) oder WEINECK (2008)  

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Fachliche Grundlagen der Sportanatomie und -physiologie

2.1.1 Aufbau der Muskulatur

Es gibt drei verschiedene Muskelarten, die histologisch unterschieden werden können. Die glatte Muskulatur, die in Darmwand, Blase, Magen und den Blutgefäßen vorkommt, die Herzmuskulatur und die Skelettmuskulatur. Die Skelettmuskulatur besteht dabei aus über 600 Einzelmuskeln (DE MARÊES 2003, 25). Ein Skelettmuskel wiederum besteht aus mehreren Muskelfasern (Muskelfaszikulus) (Abb. 1). Eine Muskelfaser kann eine Länge von bis zu 15 cm haben und im Durchmesser zwischen 50 μm und 100 μm variieren.

Abbildung 1: Feinaufbau eines Skelettmuskels (WEINECK 2008, 59).

Eine Muskelfaser besteht aus 100 bis mehreren 1000 parallel angeordneten Myofibrillen, die im Sarkoplasma liegen. Diese etwa 1 μm dicken Fibrillen bestehen jeweils aus hintereinander angeordneten Sarkomeren. Die Sarkomere werden in ihrer Länge von zwei Z-Scheiben begrenzt (Abb. 2). Ein Sarkomer ist die kleinste kontraktile Einheit im Muskel. Jedes Sarkomer besteht aus den Muskelfilamenten Aktin und Myosin (Eiweißstrukturen). Myosin-und Aktinfilamente liegen in der Muskelfaser geordnet vor. An ihren Enden besitzen die Myosinfilamente Myosinköpfchen, die seitlich aus dem Filament herausragen. Jede einzelne Myofibrille ist von einem zarten Bindegewebe umgeben. Dieses wird als Endomysium bezeichnet. Größere Muskelbündel werden vom Perimysium, einer Bindegewebshülle, umschlossen. Unter der Muskelfaszie wird der gesamte Muskel von einer abschließenden kollagenen Bindegewebsschicht umhüllt, dem Epimysium. Diese äußere Schicht stellt eine Verbindung zwischen dem Muskel und den Faszien dar und stellt sicher, dass die Muskelfasern bei intensiver mechanischer Beanspruchung ihre Lage beibehalten

Abbildung 2: Vereinfachter Aufbau eines Sarkomers (Eigene Darstellung in Anlehnung an: WEINECK 2008. 59)

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Fachliche Grundlagen der Sportanatomie und -physiologie

Bei einer Muskelkontraktion kontrahieren immer nur ein Teil der im Muskel vorhandenen Muskelfasern. Dies ist abhängig vom Trainingszustand des jeweiligen Muskels. Bei einer Muskelkontraktion koppeln sich die Myosinköpfchen durch Querbrücken an die Aktinfilamente an. Dieser Vorgang wird als Querbrücken-Zyklus bezeichnet. Durch eine Kippbewegung wird das Aktinfilament um 10 nm in die Myosinzwischenräume hineingezogen. Dadurch verkürzen sich die Sarkomere, der Muskel spannt sich an. Für diesen Vorgang wird sowohl ATP als Energiequelle als auch eine bestimmte Kalziumkonzentration benötigt und verbraucht. Ist kein Kalzium mehr vorhanden, erfolgt eine Blockierung der Anlagestelle am Aktinfilament. Dadurch wird am Sarkomer keine Spannung mehr erzeugt, es folgt die Entspannung der Muskelzelle (WEINECK 2004, 37; HOLLMANN & STRÜDER 2009, 44; OLIVIER, MARSCHALL & BÜSCH 2008, 40; SCHÜNKE 2004, 76).

2.1.3 Funktion und Bauprinzip des Skelettmuskels

Die Form eines Muskels wird von der Funktion und der spezifischen Anforderung bestimmt. Ein Muskel ist aus einem unterschiedlich geformten Muskelbauch und einer gut sichtbaren Sehne aufgebaut. Die Sehne setzt beidseitig am Knochen an und dient als Kraftüberträger auf den passiven Bewegungsapparat. Jeder Muskel wird durch einen Ursprungs- und Ansatzpunkt beschrieben. Der proximale (körpernahe) Teil des Muskels wird als Ursprung (Origo) und der Distale (körperferne) als Ansatzpunkt (Insertio) bezeichnet. Am Ursprung befindet sich häufig ein Muskelkopf, der dann in einen Muskelbauch übergeht. Muskeln mit mehreren Ursprüngen, aber einem gemeinsamen Muskelbauch, werden als zwei-, drei- oder vierköpfiger Muskel bezeichnet. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Fiederung. Diese wird in ‚einseitig’ oder ‚doppelt gefiedert’ unterschieden (Abb. 3). Sind Zwischensehnen in einem Muskel mit nur einem Muskelkopf eingelagert, spricht man von zwei- oder mehrbauchigen Muskeln. Zusätzlich differenziert man Muskeln danach, über wie viele Gelenke sie verlaufen; so gibt es ein-, zwei- oder mehrgelenkige Muskeln. Der Oberarmbeuger (M. biceps brachii) ist beispielsweise ein zweigelenkiger Muskel; er zieht über das Schultergelenk zum Ellenbogen und setzt an der Speiche (Radius) an (FALLER 2004, 134).

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Fachliche Grundlagen der Sportanatomie und -physiologie

Abbildung 3 (a-d): Übersicht über einige Muskeltypen a) mehrbäuchiger Muskel z.B. M. rectus abdominis (gerader Bauchmuskel), b) zweiköpfiger Muskel z.B. M. gastrocnemius (Wadenmuskel), c) parallelfaseriger einköpfiger Muskel z.B. M. palmaris longus (langer Hohlhandmuskel), d) doppelt gefiederter Muskel z.B. M. quadriceps femoris (vierköpfiger Schenkelstrecker) (Quelle: SCHUMANN 2008).

2.1.4 Agonisten, Antagonisten und Synergisten

Einen sich kontrahierender Muskel bezeichnet man als Agonisten, seinen Gegenspieler als Antagonisten. Der Gegenspieler arbeitet dabei in die Gegenrichtung, wird passiv gedehnt und somit verlängert. Schon bei einfachen Bewegungen sind mehrere Muskeln beteiligt und wirken komplex zusammen. Diese bezeichnet man als Synergisten (Mitspieler). Eine Bewegung entsteht somit aus dem Zusammenspiel von Synergisten und Antagonisten. Wird ein Muskel bei der Kontraktion durch den Antagonisten vorgedehnt, entwickelt er ein höheres Kontraktionsmaximum (z.B. Ausholbewegung beim Werfen). Durch diese Vordehnung sind die elastischen Strukturen vorgespannt, die aktiv aufgebaute Kraft kann gut über die Sehnen an den Knochen weitergegeben werden. Zusätzlich kann durch die Überlappung der Aktin-und Myosinfilamente die maximale Zahl von Brückenbildungen erfolgen. Dem gegenüber nimmt die Kontraktionskraft erheblich ab, wenn ein Muskel zuvor in eine Position gebracht wird, in der dieser sich nicht mehr so stark verkürzen kann (z.B. beim „Polizeigriff“). Dabei überlappen sich die Aktinfilamente soweit, dass die Myosinfilamente gegen Z-Scheiben stoßen. Dies führt zu einer verminderten Brückenbildung und als Folge zu einer geringeren Kraftentwicklung (WEINECK 2008, 88; DE MARÊES 2003, 183).

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Fachliche Grundlagen der Sportanatomie und -physiologie

2.1.5 Arbeitsformen der Muskulatur

Hinsichtlich der Arbeitsweise der Muskulatur unterscheidet man grundsätzlich den statischen (isometrischen) und den dynamischen (isotonischen) Muskeleinsatz. Unter isometrischer Muskelarbeit versteht man eine Erhöhung der Muskelspannung, bei konstanter Muskellänge. Dabei wird muskulär keine Wegstrecke zurückgelegt, da Muskel- und Widerstandskraft identisch sind (Abb. 4a). Die dynamische Muskelarbeit wird in zwei Formen unterteilt: die exzentrische und die konzentrische Muskelspannung. Nach HOLLMANN (2009, 64) ergibt sich folgende Definition für die beiden Arbeitsformen:

„Ist die aufgewandte Muskelspannung größer als die von außen angreifende Kraft, so handelt es sich um eine dynamisch-positive (=konzentrische) Arbeit. Ist die von außen angreifende Kraft größer als die entwickelte Muskelspannung, so sprechen wir von einer dynamischnegativen (=exzentrischen) Arbeit.“

Bei der dynamisch-konzentrischen Muskelspannung wird beispielsweise der Arm (M. biceps brachii) gegen einen Widerstand gebeugt, die Ansatzpunkte nähern sich einander an (Abb. 4 b). Die dynamisch-exzentrische Kontraktionsform beschreibt das Nachgeben gegen einen Widerstand, der Muskel verlängert sich (Abb. 4c). Bei beiden Formen wird somit aktiv ein Weg zurückgelegt (SCHEID & PROHL 2007a, 66). Meist handelt es sich beim Ausüben einer Bewegung jedoch um eine Mischform beider Bewegungsformen. Beim Anheben eines Gewichtes beispielsweise verrichtet man zunächst statische Muskelarbeit, bis die zu hebende Masse von der eingesetzten Kraft überwunden wird. Erst dann findet ein Wechsel von statischer zur dynamischen Muskelbeanspruchung statt (HOLLMANN & STRÜDER 2009, 60).

Abbildung 4 (a-c): Kontraktionsformen am Beispiel Armdrücken. a) statische Muskelarbeit, bei A und B liegt eine statische Kontraktion vor (es findet keine Bewegung statt), b) bei A handelt es sich um eine konzentrische Muskelaktion des Oberarmbeugers, c) die Kraft des Oberarmbeugers von B überwiegt, A lässt exzentrisch im Oberarmbeuger nach (CALAIS-GERMAIN 2005, 25f).

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