CrossFit^® und seine Bedeutung für das Militär – ein Einblick in physiologische Parameter und weiterführende Untersuchungen des neuen Trainingskonzepts

Nicole Meier¹, Tom Brandt¹, Annette Schmidt¹

¹ Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Humanwissenschaften, Institut für Sportwissenschaft

Einleitung

Angesichts der hohen körperlichen Belastung in der militärischen Ausbildung und im Einsatz gehört eine vielseitige und funktionale Fitness von Soldatinnen und Soldaten zu den Grundvoraussetzungen für eine erfolgreiche Auftragserfüllung. Der Verlust der physischen Leistungsfähigkeit infolge von Bewegungsmangel und körperlicher Inaktivität, z. B. als Folge des Lockdowns in der COVID-19-Pandemie, ist ein weit verbreitetes Phänomen, nicht nur im militärischen Kontext. Ein unzureichender Gesundheits- und Fitnesszustand der Streitkräfte aufgrund mangelnder Sportausbildung verschlechtert allerdings die Einsatzbereitschaft der Bundeswehr. Im Ernstfall kann dies zu einer erhöhten Gefahr für Leib und Leben führen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, bietet sich CrossFit^® als effizientes Trainingskonzept an. Bereits heute wird CrossFit^®-Training in mehreren Dienststellen der Bundeswehr angeboten (Abbildung 1). Das sogenannte Functional Fitness Training (FFT) zielt darauf ab, eine sportartübergreifende Fitness zu entwickeln. Dabei beinhaltet das Trainingsprogramm ständig variierende funktionale Bewegungen, die mit hoher Intensität ausgeführt werden, und umfasst Kombinationen aus Elementen des Turnens (z. B. Klimmzüge, Liegestütze und Burpees), des Gewichthebens (z. B. Kraftdreikampf und olympisches Gewichtheben) und des Herz-Kreislauf-Trainings (z. B. Laufen, Rudern und Seilspringen). Die täglich wechselnden Workouts werden in der Regel als Workout Of the Day (WOD) bezeichnet und verhindern durch die Änderung der Belastungsparameter eine einseitige Anpassung an den Trainingsreiz [1]. Die ständige Variation, die hohe Intensität und die Funktionalität der Bewegungen, die dem CrossFit^®-Trainingskonzept zugrunde liegen, steigern die Leistung auch in militärtypischen Aktivitäten (z. B. schnelles Bewegen im Gelände, Heben und Tragen von Lasten), auch wenn die Grundprinzipien des Trainingsprogramms noch nicht hinreichend erforscht sind [2]. Folglich ist eine detaillierte wissenschaftliche Evaluation des Trainingskonzepts erforderlich. Ziel dieser Arbeit war es daher, durch den Einsatz sportwissenschaftlicher Messmethoden, neue Erkenntnisse über das Trainingskonzept CrossFit^® zu gewinnen.

Abb. 1: Durchführung einer CrossFit^®-Trainingseinheit in der Trainingseinrichtung (Military Affiliate CrossFit^® Kokoro) auf dem Gelände der Universität der Bundeswehr München

Methoden

Für ein möglichst umfassendes Bild wurden mehrere Forschungsfragen parallel bearbeitet und zusammengefasst. Insgesamt wurden zwei Interventionsstudien und zwei Fragebogenerhebungen konzipiert, um spezifische Forschungslücken rund um das Trainingskonzept CrossFit^® zu schließen. Dabei lagen die Schwerpunkte auf der Untersuchung der akuten, physiologischen Reaktion von CrossFit^®-Training (Studien I und II), der Bestimmung eines CrossFit^®-Leistungsprofils und der Identifizierung von Prädiktoren für die Wettkampfleistung (Studie III) sowie auf der Untersuchung der Auswirkung der COVID-19-Pandemie auf das Trainingsverhalten von CrossFit^®-Athleten (Studie IV). Um die physiologischen Reaktionen zu analysieren, wurde in Studie I ein extrem kurzes und intensives CrossFit^®-Workout (bestehend aus 30/20-Kalorien AirBike, gefolgt von 10 Wiederholungen der Übung „Devil Press“ mit zwei 10/5-kg Kurzhanteln) mit einer Dauer unter 2 min durchgeführt. Hierzu wurde an verschiedenen Messzeitpunkten die Bewertung der subjektiven Belastung (Borg-Skala), die Blutlaktatkonzentration und die Herzfrequenz (HF) der Teilnehmer (n = 10) ermittelt. Zudem wurde im Vorfeld eine Leistungsdiagnostik zur Bestimmung der individuellen Laktat-Wendepunkte (LTP-1/2) auf dem Fahrradergometer durchgeführt. Während Studie II wurde die kardiovaskuläre Belastung in vier verschiedenen 1-stündigen Trainingseinheiten analysiert. Um das Verständnis der praktischen Trainingsbedingungen zu verbessern, wurden die physiologischen Effekte nicht nur während isolierter Workouts, sondern während ganzer Trainingseinheiten ermittelt. Zusätzlich sollte untersucht werden, wie sich unterschiedliche CrossFit^®-Erfahrungsstufen auf die Trainingsbelastung auswirken. Zu diesem Zweck wurden alle Teilnehmer (n = 27) vor Beginn der Trainingseinheit mit einem Herzfrequenzsensor ausgestattet, welcher die HF im Verlauf der gesamten Trainingsstunde erfasste. Abhängig von der CrossFit^®-Erfahrung führten die Teilnehmer die Übungen wie vorgegeben oder entsprechend ihres individuellen Leistungsvermögens abgestuft durch. Die Unterteilung der Trainingseinheit in die Bereiche Aufwärmen, Kraft- oder Geschicklichkeitstraining und Hochintensitätstraining ermöglichte die Auswertung der physiologischen Belastung separat für jeden dieser Teile. Im Rahmen von Studie III sollte zudem ein internationales CrossFit^®-Leistungsprofil über eine Umfrage ermittelt werden. Nach erfolgter Validierung des Fragebogens nahmen sowohl amerikanische als auch deutsche Athleten (n = 162) an der Untersuchung in verschiedenen Trainingseinrichtungen und über das Internet teil. Die Analyse der Daten mittels Pearson-Korrelation, multipler und linearer Regression ermöglichte anschließend die Identifizierung von Prädikatoren für einzelne Leistungsvariablen. Ebenfalls über eine Online-Umfrage wurden in Studie IV Daten zur Analyse des Trainingsverhaltens während des ersten Lockdowns der COVID-19-Pandemie in Deutschland erhoben. Der Vergleich zwischen Athleten (n = 484), die entweder CrossFit^® oder Kraftsport bzw. Gewichtheben als Hauptsportart ausüben, ermöglichte es, Veränderungen im Trainingsverhalten und Unterschiede zwischen den Disziplinen zu erkennen.

Ergebnisse

Studie I: Untersuchung eines extrem kurzen und intensiven CrossFit^®-Workouts

Die experimentelle Messung physiologischer Parameter (Blutlaktatkonzentration und HF) sowie des subjektiven Belastungsempfindens, während eines extrem kurzen (< 2 min) und intensiven CrossFit^®-Workouts, zeigte initial einen kontinuierlichen Anstieg der HF-, Borg- und Laktatwerte. Unmittelbar nach Abschluss des WOD erreichte die Blutlaktatkonzentration dabei im Durchschnitt das 2,3 ± 1,4-fache (Mittelwert ± Standardabweichung) des LTP-2. Während des anschließenden Beobachtungszeitraums stiegt die Konzentration nach Abschluss der Belastungsphase weiter auf das 3,9 ± 0,96-fache des LTP-2 an. Das Maximum der Blutlaktatkonzentration wurde dabei erst 11 min nach Beendigung des Workouts gemessen (Abbildung 2, I). Dieser zeitlich versetzte Anstieg der Blutlaktatkonzentration wurde erstmalig für CrossFit^®-Workouts nachgewiesen. Besonders hervorzuheben ist hierbei, dass dieser Effekt nicht mit einem simultanen Anstieg der subjektiven Belastung assoziiert war [3].

Abb. 2: Vergleich zwischen den Blutlaktatkonzentrationen des individuellen Laktat-Wendepunkt 2 (LPT2) und der maximalen Laktatkonzentration 11 min nach Abschluss des Workouts. Die gestrichelte Linie und die ungefüllten Kreise bilden jeweils den Mittelwert ab (I). Darstellung der Entwicklung der Herzfrequenz (HF) im Verlauf einer Trainingseinheit, unterteilt in Aufwärmen (Warm-up [WU-Teil]), Kraft- oder Geschicklichkeitstraining (A-Teil) und Hochintensitätstraining (B-Teil); prozentualer Anteil der Zeit, die die Teilnehmer während der Trainingseinheiten in den verschiedenen HF-Zonen verbrachten (II + III). Die Abbildungen basieren auf Daten aus MEIER et al., 2021a und MEIER et al., 2022a [3][5].

Studie II: Untersuchung der HF während verschiedener 1-stündiger CrossFit^® Trainingseinheiten

In einer weiteren Untersuchung wurden die kardiovaskulären Anforderungen während vier verschiedener 1-stündiger Trainingseinheiten analysiert, wie sie üblicherweise in angeschlossenen Trainingseinrichtungen (s.g. CrossFit^®-Boxen) angeboten werden. Anhand der gemessenen Daten konnte gezeigt werden, dass CrossFit^®-Training nicht, wie bisher angenommen, überwiegend im Bereich über 90 % der maximalen Herzfrequenz (HF_max) durchgeführt wird, sondern stattdessen eine progressive Belastungssteigerung stattfindet [4]. Im Verlauf der gesamten Stunde wurde prozentual die meiste Zeit im Bereich unter 60 % der HF_max trainiert und nur der geringste Teil im Hochintensitätsbereich mit einer durchschnittlichen HF > 90 % HF_max (Abbildung 2, II und III). Die Bestandteile einer Trainingseinheit wurden zudem jeweils separat ausgewertet: Aufwärmen (Warm-up [WU]), Kraft- oder Geschicklichkeitstraining (A-Teil) und Hochintensitätstraining (B-Teil), welches das WOD beinhaltet. Dabei traten kardiovaskuläre Belastungen mit einer durchschnittlichen HF über 90 % der HF_max nur im letzten Teil (B-Teil) einer Trainingsstunde auf. Und obwohl die Workouts in den vier Trainingseinheiten unterschiedliche Modalitäten („as many rounds as possible“ oder „for time“) umfassten, wurde in jedem B-Teil eine vergleichbare kardiovaskuläre Reaktion (HF > 90 % HF_max) beobachtet. Die durchschnittliche HF des B-Teils unterschied sich jeweils signifikant von der HF der restlichen Abschnitte derselben Einheit (p < 0,001). Darüber hinaus nahmen sowohl Anfänger (n = 8) als auch Fortgeschrittene (n = 19) an den angeleiteten Trainingseinheiten teil. Die Skalierbarkeit der Übungen ermöglichte den Teilnehmern, unabhängig von ihrer individuellen CrossFit^®-Erfahrung und Leistungsfähigkeit, gemeinsam bis an die Belastungsgrenze zu trainieren. Insgesamt zeigten sich zwischen den CrossFit^®-Erfahrungsstufen keine signifikanten Unterschiede in der kardiovaskulären Reaktion auf den Trainingsreiz [5].

Studie III: Erstellung und Analyse eines CrossFit^®-Leistungsprofils

Diese Studie befasste sich mit dem Mangel an validen Angaben über die Leistungsfähigkeit von CrossFit^®-Sportlern und dem Fehlen von Daten hinsichtlich regionaler bzw. nationaler Unterschiede. Um ein breites CrossFit^®-Leistungsprofil zu erstellen, wurde eine Vielzahl von Leistungsparametern unter amerikanischen und deutschen Athleten (n = 162) erhoben. Ein Vergleich zwischen den Nationen zeigte einzig in der Gesamtleistung Powerlifts (Deadlift, Bench Press, Back Squat und Shoulder Press) der männlichen Teilnehmer signifikant höhere Werte bei amerikanischen Athleten (p = 0,034). Weitere signifikante Unterschiede in der Gesamtleistung Olympiclifts (Clean & Jerk und Snatch), den Laufdistanzen (400-m und 1.000-m) und den „Girl“-WODs (Fran, Grace und Helen) wurden nicht festgestellt. Jedoch zeigten sich große bis sehr große (r = 0,79–0,99, p < 0,01) positive Korrelationen zwischen den Powerlift- und Olympiclift-Leistungen. Anhand einer linearen Regressionsanalyse konnte gezeigt werden, dass sich 76 % der Varianz der Leistung im Snatch und 84 % der Varianz der Leistung im Clean & Jerk durch die Back Squat-Leistung erklären. Die Untersuchung zeigt somit keinen grundsätzlichen Leistungsunterschied zwischen den Nationen, deutet aber auf eine wichtige Rolle der Back Squat-Leistung bei der Beurteilung der körperlichen Fitness hin. Zusammenfassend sind die erhobenen Daten der Studie nützlich, um ein internationales Leistungsranking zu erstellen, Defizite zu identifizieren und spezifische Leistungsprädikatoren zu definieren [6].

Studie IV: Analyse des Trainingsverhaltens während des ersten Lockdowns der COVID-19-Pandemie in Deutschland

In einer weiteren Befragungsstudie wurden die Nutzung von digitalen Sportangeboten, die allgemeinen Trainingsgewohnheiten, Gewichtsveränderungen und die Ausstattung mit Sportequipment von CrossFit^®-Sportlern (CFA = 266) und Gewichthebern (WLA = 218) während des ersten Lockdowns der COVID-19-Pandemie untersucht. Das Ziel dieser Untersuchung war es, Veränderungen im Trainingsverhalten und Unterschiede zwischen den Sportarten zu identifizieren.

Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Athleten beider Disziplinen während des Lockdowns mit zusätzlichem Equipment ausstatteten und dass die Teilnahme an digitalen Sportangeboten quer durch die Altersgruppen signifikant anstieg. Eine Ausnahme bildete eine Gruppe von WLA über 55 Jahren, welche weder vor noch während des Lockdowns Online-Sportangebote nutzte. Ein Vergleich zwischen den Disziplinen während der Lockdown-Periode zeigte zudem, dass eine Gruppe der CFA (n = 147) von einer Reduktion des Körpergewichts um 5 kg oder mehr berichtete, während der überwiegende Teil der WLA ein gleichbleibendes Körpergewicht angab (Abbildung 3). Damit zeigen die Ergebnisse, dass CFA trotz der Einschränkungen ihr Training fortsetzten, und dabei ihr Körpergewicht reduzieren konnten [7].

Abb. 3: Verteilung der Veränderung des Körpergewichts während des Lockdowns, aufgeteilt in Sportler mit CrossFit® oder Gewichtheben als Hauptsportart; Erläuterung der Zahlen innerhalb der Balken: 5: Gewichtszunahme um 5 kg und mehr; 4: Gewichtszunahme um etwa 4 kg; 2: Gewichtszunahme um etwa 2 kg; 0: 0 kg Gewicht mehr oder weniger = unverändert; -2: Gewichtsabnahme um etwa 2 kg; -4: Gewichtsabnahme um etwa 4 kg; -5: Gewichtsabnahme um 5 kg oder mehr. Die Abbildung basiert auf Daten aus MEIER et al., 2022b [7].

Schlussfolgerung

Zusammenfassend liefern die Untersuchungen neue Erkenntnisse über die physiologischen Parameter (Blutlaktatkonzentration, HF und subjektives Belastungsempfinden) des CrossFit^®-Trainings, welche die Grundlage für prospektive, kontrollierte Langzeitstudien bilden. Die analysierten Daten zeigen, dass aufgrund der hohen Skalierbarkeit und der breiten Trainingsreize sowohl Elitesoldaten als auch versehrte Kameraden die gleiche Trainingseinheit absolvieren und dabei sehr individuelle Fortschritte erzielen können. Zudem leistet die Arbeit einen Beitrag zur Bewertung des Leistungsfortschritts durch die Aufstellung eines breiten CrossFit^®-Leistungsprofils und liefert Daten über das Trainingsverhalten von CFA während der COVID-19-Pandemie. Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen konnte die anschließende MedXFit-Studie erstmalig den Einfluss von CrossFit^®-Training auf Kraft, Mobilität, Rückengesundheit und Wohlbefinden bei Bundeswehrangehörigen untersuchen und die leistungs- und gesundheitsfördernde Wirkung von CrossFit^® wissenschaftlich bestätigen [8]. Die Studie stützte sich dabei u. a. auf die Erfahrungen über die Teilnahme von CFA an Online-Sportangeboten und nutzte daher entsprechende Online-Trainingsformate als Intervention in Phasen des COVID-19 bedingten Lockdowns. Im Verlauf der Studie verzeichnete die Trainingsgruppe signifikante Verbesserungen in den Bereichen Kraft, Mobilität und Rückengesundheit, sodass die Teilnehmer nach 12 Monaten schließlich die physischen Fähigkeiten entwickelten, in hochintensiven Belastungssituationen koordinativ anspruchsvolle Bewegungen gesundheitsschonend auszuführen.

Diese Fähigkeiten ermöglichen es den Soldatinnen und Soldaten, sich den hohen körperlichen Leistungsanforderungen der militärischen Ausbildung und des Einsatzes zu stellen. An der Universität der Bundeswehr München wird das Trainingskonzept bereits seit über 10 Jahren erfolgreich eingesetzt und ermöglicht den Angehörigen der Universität – darunter junge Soldatinnen und Soldaten im Studium, versehrte Veteraninnen und Veteranen sowie zivile Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auch bis kurz vor der Rente – an einem CrossFit^®-Training teilzunehmen, welches vom Lehrstuhl für Sportbiologie sportwissenschaftlich begleitet wird. Die Ergebnisse zeigen, wie wertvoll CrossFit^®-Training für die Gesunderhaltung und die Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit ist. Eine Etablierung dieses Trainingskonzeptes in die Sportausbildung der Bundeswehr ist daher sinnvoll. Auch empfiehlt es sich, bei einer etwaigen Implementierung auf die wissenschaftliche Evaluation des Trainingskonzepts zurückzugreifen. Hierzu liefert die vorliegende Arbeit eine umfangreiche Datenbasis über insgesamt 684 Probandinnen und Probanden und gibt zahlreiche wertvolle Einblicke in die Trainingsmethode CrossFit^®.

Literatur

1. Claudino JG, Gabbett TJ, Bourgeois F, et al: CrossFit overview: systematic review and meta-analysis. Sports med – open 2018; 4(1): 1–14. mehr lesen

2. Feito Y, Heinrich KM, Butcher SJ, Poston WSC: High-intensity functional training (HIFT): Definition and research implications for improved fitness. Sports 2018; 6: 76 mehr lesen

3. Meier N, Thaden T, Schmidt A: Delayed Increase in Blood Lactate Concentration after a Short, Intense CrossFit® Workout. Arch Clin Med Case Rep 2021; 5 (3): 468–478. mehr lesen

4. De Souza RAS, da Silva AG, de Souza MF, et al: A systematic review of CrossFit® workouts and dietary and supplementation interventions to guide nutritional strategies and future research in CrossFit®. Int J Sport Nutr Exerc Metab 2021; 31 (2): 187–205. mehr lesen

5. Meier N, Sietmann D, Schmidt A: Comparison of Cardiovascular Parameters and Internal Training Load of Different 1-h Training Sessions in Non-elite CrossFit® Athletes. J Sci in Sport and Exercise 2022; 4: https://doi.org/10.1007/s42978-022-00169-x mehr lesen

6. Meier N, Rabel S, Schmidt A: Determination of a CrossFit® Benchmark Performance Profile. Sports 2021; 9 (6): 80. mehr lesen

7. Meier N, Nägler T, Wald R, Schmidt A: Purchasing behavior and use of digital sports offers by CrossFit® and weightlifting athletes during the first SARS-CoV-2 lockdown in Germany. BMC Sports Sci Med and Rehabil 2022; 14 (1): 44. mehr lesen

8. Brandt T, Schmidt A, Schinköthe T, et al.: MedXFit – Effects of 6 months CrossFit® in sedentary and inactive employees: A prospective, controlled, longitudinal, intervention study. Health Sci Rep 2022; 5 (5): e749 mehr lesen

Für die Verfasser

Lt (SanOA) Nicole Meier

Universität der Bundeswehr München, Fakultät für ­Humanwissenschaften, Institut für Sportwissenschaft

Werner-Heisenberg-Weg 39, 85577 Neubiberg,

E-Mail: nicolemeier2708@gmx.de