Differentiated analysis of various performance diagnostic methods to optimise the analysis and regulation of the training process in kayak/canoe sprinting

Kanurennsport ist in Deutschland eine der erfolgreichsten olympischen Sommersportarten und hat mit 12 potenziellen Goldmedaillenchancen eine hohe Bedeutung für den deutschen Spitzensport. In der nationalen als auch internationalen wissenschaftlichen Forschung ist Kanurennsport jedoch bis dato unzureichend untersucht. Dabei stellt Kanurennsport als eine der wenigen vorrangig durch die Oberkörpermuskulatur angetriebenen Sportarten eine Besonderheit dar. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt ist seit einigen Jahrzehnten die Erforschung der optimalen Verteilung der Trainingsintensität (engl. training intensity distribution; TID) für die Leistungsentwicklung von Ausdauerathlet:innen. Häufig wird die Trainingsintensität hierzu in einem Drei-Zonen-Modell kategorisiert, bei dem Zone (Z) 1 einer Intensität unterhalb der aeroben Schwelle, Z2 der Intensität zwischen der aeroben und anaeroben Schwelle und Z3 Intensitäten oberhalb der anaeroben Schwelle entspricht. Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass sich die TID nicht nur in Abhängigkeit von Sportart, Belastungsform, Trainingsstatus und Saisonphase unterscheidet, sondern auch in Abhängigkeit von der eingesetzten Quantifizierungsmethode (z.B. Herzfrequenz, Geschwindigkeit, Wattleistung, etc.). Für die Sportart Kanurennsport besteht bezüglich TID-Forschung großer Nachholbedarf, da bisherige Untersuchungen ausschließlich in Ausdauerportarten stattfanden, die hauptsächlich den Unterkörper (z.B. Radfahren, Laufen) oder Oberund Unterkörper (Schwimmen, Rudern) in die Vortriebsgenerierung einbinden. Bislang fehlen Informationen zu rein aus dem Oberkörper angetriebenen Sportarten. Als Grundlage für die Bestimmung der Trainingsintensitätszonen werden in Trainingspraxis und Forschung Stufentests zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme sowie der Leistung an der aeroben und anaeroben ventilatorisch- und/oder laktatbasierten Schwelle angewandt. Die Stufentest werden im Kanurennsport aktuell vorrangig mittels Labordiagnostik auf dem Kanu- Ergometer durchgeführt, da diese weniger stark durch die diversen Umwelteinflüsse (Wind, Wellen, Temperatur, Strömung, etc.) beeinträchtigt wird. Jedoch gibt es Hinweise, dass die Belastung auf dem Ergometer biomechanisch und physiologisch von der auf dem Wasser im Kanurennsport abweicht, sodass deren Mehrwert für die Diagnostik und die Trainingsplanung in Frage zu stellen ist. Ziel der vorliegenden kumulativen Dissertation war es (1) zu untersuchen, inwiefern eine laborbasierte Leistungsdiagnostik einer feldbasierten im Kanurennsport entspricht (Studie 1) und daraufhin die Methoden der Leistungsdiagnostik für die Studien 2 und 3 zu wählen; und (2) erste wissenschaftliche Erkenntnisse zur TID und deren Quantifizierungsmethodik in der Sportart Kanurennsport zu gewinnen (Studie 2 & 3). Diese sollten dann mit dem Wissensstand aus Sportarten, die obere und untere Extremitäten (z.B. Biathlon, Rudern) bzw. primär die unteren Extremitäten (z.B. Radsport, Laufen) für den Vortrieb einsetzen, abgeglichen werden. Zusammenfassend konnte zunächst in Studie 1 aufgrund von Unterschieden in der VO2, der Muskeloxygenierung im Musculus biceps brachii sowie im subjektiven Belastungsempfinden dargestellt werden, dass sich eine Belastung auf dem Wasser von der auf dem Ergometer unterscheidet und somit eine wasserbasierte Leistungsdiagnostik im Kanurennsport vorzuziehen ist. Die Ergebnisse aus den Studien 2 und 3 zeigten, dass die TID im Saisonverlauf variiert und im Mittel einen hohen Anteil (80–90%) niedrigintensiven Trainings (Z1) aufwies, wobei in der Vorbereitungsphase eine pyramidale TID Struktur (Z1>Z2>Z3) und in der Wettkampfvorbereitung die Tendenz zu einer vermehrt polarisierten Struktur (Z1>Z3>Z2) gefunden wurde. Somit weisen die Ergebnisse trotz der physiologischen sowie biomechanischen Unterschiede zu Sportarten, die Oberbzw. Ober- und Unterkörper bei der Vortriebsgenerierung einsetzen, eine vergleichbare TID Struktur im Kanurennsport auf. Es ist zu vermuten, dass der geringe Impact auf das Skelettmuskelsystem und die damit einhergehende Möglichkeit, sehr hohe Trainingsvolumen mit der vergleichsweise kleinen Oberkörpermuskulatur zu verwirklichen, diese TID-Struktur bedingen. Zudem konnte dargestellt werden, dass die Wahl der Quantifizierungsmethode (extern vs. intern; basierend auf physiologischen Parametern vs. Wettkampftempo) die Darstellung der TID beeinflusst. Für eine adäquate Vergleichbarkeit und den gezielten Einsatz muss insofern in der Forschung wie auch in den Sportarten ein Konsens über die Wahl der Quantifizierungsmethode erarbeitet werden. Es scheint zudem empfehlenswert die TID-Quantifizierungsmethode anhand der Trainingsphase auszuwählen, wobei sich in der allgemeinen und spezifischen Vorbereitungsperiode vorzugsweise eine TID Quantifizierung nach physiologischen Kenngrößen empfiehlt. Hierbei erscheint ein Mix aus HF-basierter Analyse für Z1 sowie für längere Belastungen in Z2 und geschwindigkeitsbasierter Analyse für Z3 sowie kürzere Belastungen der Z2 zweckmäßig. In der Wettkampfvorbereitung stellt sich dann zusätzlich eine Zoneneinteilung basierend auf dem Wettkampftempo als sinnvoll dar. Aufgrund der starken intra- und interindividuellen Variation der TID ist der individuelle Mehrwert der auf dem Gruppenmittelwert basierenden Ergebnisse jedoch zu hinterfragen und weist auf den Bedarf nach einer individuelleren Betrachtung der TID und ihrer Effekte hin. Genauso stellt sich ein starker Einfluss der allgemeinen physischen Aktivität sowie psychischer Belastungen auf die TID und ihre Effekte dar, der wiederrum die Notwendigkeit eines holistischen Betrachtungsansatzes für zukünftige Forschung aufzeigt. Außerdem gibt es im Allgemeinen eine große Wissenslücke in Bezug auf Athletinnen in der TIDForschung, weshalb die bisherigen Erkenntnisse für die Trainingsgestaltung weiblicher Athleten mit Vorsicht behandelt werden müssen.Germany is one of the most successful nations at the summer Olympics in the sport of canoe sprint. With 12 events and therefore chances to win gold at the Olympics, the sport is important in German elite sports. However, research regarding canoe sprint is lacking, both nationally and internationally. Even though the sport displays a uniqueness, as the work is primarily performed with the musculature of the upper body. Within the last decades, one major topic within endurance sports research was the analysis of the optimal training intensity distribution (TID) to enhance performance adaptation in endurance athletes. Commonly, training intensity is categorized into a three-zone model with zone (Z) 1 being equal to intensities below the aerobic threshold, Z2 ranging between the aerobic and anaerobic threshold and Z3 being characterized as intensities above the anaerobic threshold. Research yields evidence that the TID is not only a consequence of the respective type of sport, exercise demands, training level of the athlete and phase of the season but also depends on how TID is quantified (e.g., heart rate, velocity, power, etc.). As existing research has focused on TID analysis in sports that propel the body with the lower-body (e.g., running, cycling) or the whole-body (e.g., swimming, rowing) musculature, evidence is lacking regarding the TID in sports primarily powered by the upper-body musculature like canoe sprint. To individually determine the distinct training intensity zones for each athlete, researchers and practitioners use incremental step tests to determine the maximum oxygen uptake and the performance corresponding to the aerobic and anaerobic lactate- or ventilatory-threshold. In canoe sprint, these incremental tests are generally implemented during laboratory tests using special canoe-/kayak-ergometers, as in the laboratory, environmental influences (wind, waves, temperature, stream) are significantly reduced. However, evidence suggests that the demands during ergometer bouts differ physiologically and biomechanically from specific on-water demands. Thus, the overall value of laboratory testing for performance diagnostics and training considerations must be questioned. Consequently, the current cumulative dissertation project aimed to (1) examine whether a laboratory-based performance diagnostic is comparable to a water-based diagnostic (study 1) and hereafter to choose the diagnostic method for the subsequent studies 2 and 3; and (2) to obtain initial scientific evidence regarding the TID and various quantification methods in canoe sprint (studies 2 & 3). Finally, the outcomes were discussed considering the current knowledge from other sports that primarily implement the lower body (e.g., running, cycling) or the whole body (e.g., biathlon, rowing) for propulsion. In summary, study 1 found differences in oxygen consumption, muscle oxygenation in the musculus biceps brachii, and the rating of perceived exertion between laboratory- and water-based incremental tests and thus indicated differences in physiological and biomechanical strain between the conditions. This suggests that water-based diagnostics should be preferred in canoe sprint to form proper conclusions from diagnostics and recommendations for training. Results from studies 2 & 3 found variation in the TID between the different phases of the season with high fractions (80-90%) of low-intensity training (e.g., Z1) on average, a pyramidal TID (Z1>Z2>Z3) during the preparatory phases and a tendency to a polarized TID (Z1>Z3>Z2) during the competition phase. Thus, the current evidence suggests a TID structure for canoe sprint that is comparable with sports that primarily use the lower-body or whole-body musculature for propulsion, despite differences in physiological and biomechanical demands. It can be assumed that the low impact on muscles, tendons, and bones during kayaking/canoeing and, consequently, the possibility of implementing high training volumes with the comparably small upper body musculature cause this TID structure. Furthermore, it was shown that the chosen TID quantification method (external vs. internal; physiologically based vs. race pace-based) impacts the description of the TID. Consequently, for adequate comparability and targeted implementation, both research and practice need to build a consensus regarding the choice of the TID quantification method. Furthermore, choosing the TID quantification method seems advisable depending on the training phase. Here, during the general and specific preparatory phase, TID quantification based on physiological measures is recommended, with a mix of heat rate-based analysis for Z1 sessions and sessions with longer-lasting Z2 bouts and velocity-based measures for Z3 and sessions with comparably short Z2 bouts. Additionally, quantifying TID based on race pace during the competition phase seems helpful. However, the large intra- and interindividual variation in the TID found in the current analyses raises doubts regarding the overall value of the current results based on group means and consequently increases the need for a more individual approach to the analysis of TID and its effects on performance. Similarly, there appears to be a considerable impact from general physical activity and psychological stressors on the TID and its effects, highlighting the need for a more holistic approach to the analysis of TID for future research. In addition, there is a lack of research on the TID in female athletes. Therefore, extrapolation of current knowledge for training prescription of female athletes should be done with caution