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Verbesserung der motorischen Kaft
1 - Einleitung
Kraft ist ein nicht physikalisch festgelegtes Konstrukt, d.h. es kann nicht nur von
einer generellen Kraftfähigkeit ausgegangen werden. Vielmehr sind verschiedene
Aspekte bzw. Erscheinungsformen zu berücksichtigen. Diese sollen im Folgenden
vorgestellt werden.
2 - Theoretische Grundlagen
Definition Kraft
„Kraft ist die Fähigkeit des Nerv-Muskel-Systems, durch Innervations- und
Stoffwechselprozesse mit Muskelkontraktion Widerstände zu überwinden (konzentrische
Arbeit), ihnen entgegenzuwirken (exzentrische Arbeit), oder sie zu halten.
Strukturierung der Kraftfähigkeiten
Kraft tritt meist als Mischform oder Kombination verschiedener Kraftfähigkeiten
auf, weniger in einer Reihenfolge oder Reinform. Unterschieden werden Kraftausdauer,
Maximalkraft, Relativ- und Schnellkraft. Abbildung 1 zeigt, dass eine Einteilung der
Kraftfähigkeiten unter den Gesichtspunkten der Energiebereitstellungswege, des
Muskelquerschnitts, der Muskelqualität, der intramuskulären Koordination und des
Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus erfolgt.
Schnellkraft und Maximalkraft erfordern z.B. ein hohes Mass an intramuskulärer
Koordination, wohingegen beim Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus nicht unbedingt
eine hohe Maximalkraft notwendig ist.
Maximalkraft
Definition: Die Maximalkraft ist die höchstmögliche Kraft, die das NervMuskelsystem bei maximaler willkürlicher Kontraktion auszuüben vermag.
Es müssen drei verschiedene Arten von Maximalkraft unterschieden werden:
die konzentrische, die exzentrische und die statische Maximalkraft. Bei einer Messung
dieser drei Erscheinungsformen erhält man jeweils unterschiedliche Maximalkraftwerte.
Reaktivkraft
Definition: Die Reaktivkraft ist jene Muskelkraft, die innerhalb eines DehnungsVerkürzungs-Zyklus einen erhöhten Kraftstoss generiert. Sie ist abhängig von der
Maximalkraft, Kraftbildungsgeschwindigkeit und reaktiven Spannungsfähigkeit.
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Schnellkraft
Definition: Schnellkraft ist die Fähigkeit, optimal schnell Kraft zu bilden.
Kraftausdauer
Definition: Die Kraftausdauer ist die Fähigkeit bei einer bestimmten Wiederholungszahl
von Kraftstößen innerhalb eines definierten Zeitraums die Verringerung der
Kraftstosshöhen möglichst gering zu halten.
Abb.1
Aufbau der quergestreiften Muskulatur
In der Physiologie unterscheidet man zwischen der glatten, unwillkürlichen Muskulatur
und der quergestreiften, willkürlichen Muskulatur. Alle inneren Organe mit Ausnahme
des Herzmuskels sind der glatten Muskulatur zuzuordnen. Die Arbeitsmuskulatur, oder
Skelettmuskulatur hingegen bezeichnet man auf Grund der Sarkomeranordnung als
quergestreifte Muskulatur.
Das quergestreifte Muskelgewebe wird hauptsächlich vom somatischen Nervensystem
angesteuert und unterliegt unserer willkürlichen Kontrolle. Jeder einzelne Skelettmuskel
bestehen aus einer Vielzahl von Muskelfasern. Etwa 10 bis 15 dieser Muskelfasern
werden vom Perimysium internum zu einem Primärbündel zusammengefasst (identisch
mit den Fleischfasern in einem Steak). Mehrere dieser Primärbündel werden wiederum
vom Perimysium externum zu Sekundärbündeln zusammengeschlossen.
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Alle Sekundärbündel zusammen bilden dann den eigentlichen Muskel.
Skelettmuskelfasern weisen eine Länge zwischen 1mm und 15 cm (!) auf.
Betrachtet man den Aufbau der Muskelfaser genauer, lässt sich folgendes
feststellen:
Die Skelettmuskelfaser ist eine vielkernige Zelle mit randständigen Zellkernen, wobei die
mitochondrienarme, interzelluläre Flüssigkeit Sarkoplasma genannt wird. Ebenfalls im
Sarkoplasma befindet sich ein stark entwickeltes glattes sarkoplasmatisches Retikulum,
das die für die Auslösung der Kontraktion
erforderlichen Kalziumionen speichert. Grundstruktur der Skelettmuskelfaser
(= Muskelzelle) ist die Myofibrille. Jede Myofibrille besteht aus vielen hintereinander
liegenden, etwa 2 µm langen, zylindrischen Einheiten, den so genannten Sarkomeren.
Diese Sarkomere und damit auch jede Myofibrille bestehen aus dünnen AktinFilamenten und dickeren Myosin-Filamenten. Die Sarkomere werden dabei von den ZScheiben begrenzt. Die Aktin- und Myosinfilamente sind symmetrisch ineinander
,,verwoben".
Beim Kontraktionsvorgang gleiten die Myosinfilamente durch abklappen der Köpfchen in
die Aktinfilamente hinein, was zu einer Verkürzung dieser Muskelzelle führt.
Arten der Muskelarbeit
Hier sind – wie oben erwähnt – die konzentrische (überwindende; positivdynamische),
isometrische (verharrende; statische) und exzentrische (nachgebende; negativdynamische) Muskelarbeit zu unterscheiden. Wie Abbildung 2 erkennen lässt, setzt sich
der Muskel aus elastischen (unten) und kontraktilen (oben) Elementen zusammen. Je
nach Art der Muskelspannung kommt es zu einem unterschiedlichen Kontraktions- bzw.
Dehnungsverhalten dieser beiden Elemente.
Konzentrisch: Kontraktile Elemente verkürzen sich. Beispiel: Bizeps kontrahiert
bei Beugung des Armes bei Lastaufnahme.
Isometrisch: Kontraktile Filamente verkürzen, während elastische gedehnt
werden. Beispiel: Halten in einer Stellung unter Last.
Exzentrisch: Dehnung beider Elemente. Beispiel: Last ist zu groß und kann
daher nicht statisch gehalten werden, Arm geht nach unten.
Abb. 2
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Bei der exzentrischen Muskelarbeit sind zwei verschiedene Blickwinkel zu betrachten:
Zum einen der Physiologische, hier wird nur die Verkürzung oder Verlängerung
der Filamente betrachtet (hier ist also jedes „Ablassen“ eine exzentrische
Arbeit), zum anderen der Biomechanische, bei welchem exzentrisch nur
dann benutzt wird, wenn die Last reell so groß ist, dass sie effektiv durch den
Muskel nicht mehr gehalten werden kann.
3 - Anpassungseffekte und Einflussfaktoren
Mechanismen des Krafttrainings
Zu Beginn des Krafttrainings findet beim Untrainierten immer eine neuromuskuläre
Anpassung statt. Diese erfolgt dadurch, dass eine Verbesserung der intramuskulären
Koordination (Zusammenspiel verschiedener/mehrerer motorischer Einheiten) und der
intermuskulären Koordination (Zusammenarbeit verschiedener Muskeln) erreicht wird.
Mit einer zeitlichen Verzögerung kommt es schließlich zu einer morphologischen
Anpassung, was eine Hypertrophie (Muskelfaserverdickung) bewirkt.
Eine Hyperplasie (Vermehrung der Muskelfasern) konnte bisher nur beim
Herzmuskel nachgewiesen werden.
Determinierung von Kraft
Kraft wird determiniert durch Maximalkraft (physiologischer Muskelquerschnitt, inter- und
intramuskuläre Koordination) und Absolutkraft, welche nur unter Todesangst bzw. unter
Hypnose abrufbar ist. Dabei können ausnahmsweise alle motorischen Einheiten aktiviert
werden, wodurch eine höhere Kraft erzielt wird. Die Differenz zwischen Maximalkraft
und Absolutkraft nennt man „Kraftdefizit“.
Dieses Kraftdefizit wird bei einem Trainierten geringer. Außerdem kann es auch durch
Anabolika verringert werden.
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4 - Einflussfaktoren auf die Maximalkraft
Die Maximalkraft wird durch folgende Faktoren beeinflusst:
Querschnitt der eingesetzten Muskelfasern
Muskelfaserzahl
Struktur des Muskels (z.B. gefiedert)
intramuskuläre Koordination
intermuskuläre Koordination
Muskellänge (in Ruhe oder Vordehnung)
Winkel zwischen Kraftangriffsrichtung und Knochenachse (u.a. abhängig
vom Gelenkwinkel)
Motivation
Dabei ist zu beachten, dass die Muskelfaserzahl genetisch bedingt und daher
durch Training wenig veränderbar ist. Die größte Bedeutung für das Krafttraining
fällt den letzten drei oben angeführten Punkten zu.
Muskellänge und Maximalkraft
Die Maximalkraft verändert sich bei unterschiedlicher Muskellänge. Bei einem bereits
stark vorgedehnten, oder stark verkürzten Muskel nimmt das Kraftniveau im Vergleich
zur Ruhelänge deutlich ab. Dies liegt daran, dass bei einer Veränderung aus der
Ruhelage die Aktin- und Myosin-Filamente nicht mehr optimal Überlappen.
Bei einer Verkürzung des Muskels sind diese Filamente bereits stark überlappt,
wohingegen bei einer Vordehnung nur noch wenige Aktin- und MyosinFilamente überlappen. Beide Situationen bewirken eine Verringerung der Maximalkraft.
Gelenkwinkel und Maximalkraft bei eingelenkigen Bewegungen
Die Hebelwirkung während einer Bewegung beeinflusst die Kraft. Dies lässt sich
physikalisch und biomechanisch aufgrund folgender Beziehung erklären:
Kraft x Kraftarm = Last x Lastarm
Dadurch ergibt sich am Beispiel einer Armbeugung, dass im gestreckten Zustand
des Armes weniger Last angehoben werden kann, als bei 90° (höchste Kraftentwicklung
möglich).
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Gelenkwinkel und Maximalkraft bei mehrgelenkigen Bewegungen
Ein und dieselbe Last wirken hier sehr unterschiedliche bei unterschiedlichen
Winkelstellungen. Dies ergibt sich dadurch, dass die Wirkungen der beteiligten
Muskeln sich aufsummieren. Nimmt am das Beispiel Beinpresse, so ergibt sich,
dass je höher der Gelenkwinkel, desto mehr Kraft kann entwickelt werden.
Muskelkraft und Kontraktionsgeschwindigkeit
Die Hillsche-Kurve zeigt, dass ein Zusammenhang zwischen Last und der
Geschwindigkeit die Last zu bewegen besteht. Aus Abbildung 3 wird ersichtlich, dass
die maximal statische Kraft immer größer sein muss, als die konzentrische. Dabei nimmt
die Geschwindigkeit einer Bewegung mit Zunahme der Last ab. Exzentrisch können die
größten Kräfte entwickelt werden.
Abb.3 ( Hillsche Kurve)
5 - Methoden und Inhalte des Krafttrainings
Abbildung 4 verdeutlicht, dass beim Krafttraining zwei wesentliche Ziehungen existieren.
Zum einen die Verbesserung der Ansteuerung des Muskelsystems, was einer
Verbesserung der Innervationsfähigkeit der Muskulatur entspricht, zum anderen
die Erweiterung des Energiepotentials der Muskulatur.
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Abb.4
Dabei gilt generell, dass bei Muskelhypertrophie- und Muskelausdauertraining eher
geringere Lasten eingesetzt werden und keine maximale Ausbelastung bei
Hypertrophietraining erfolgt. Wohingegen bei allen Methoden zur Verbesserung
der intramuskulären Koordination mit maximalen Kraftbelastungen gearbeitet wird.
Methoden der submaximalen Belastung zur Vergrößerung des
Muskelquerschnitts
Bei allen Methoden, welche auf eine Verbesserung der intra- und intermuskulären
Koordination abzielen wird konzentrisch gearbeitet. Aus der Abbildung 5 wird ersichtlich,
dass generell fünf verschiedene Methoden des Hypertrophietrainings unterschieden
werden. Die Standardmethode I (konstante Lasten) und II (progressiv ansteigende
Lasten), die Bodybuildingmethode I (exzessiv) und II (intensiv), sowie die isometrische
Methode. Alle dieser Methoden (mit Ausnahme der Isometrischen) werden konzentrisch
durchgeführt. Die Belastungsintensität variiert dabei stark. Der Serienumfang hingegen
ist mit drei bis fünf überall relativ gleich. Ebenso die Pausendauer zwischen den
Wiederholungen und den Serien.
Beachtet werden muss, dass keine beste oder schlechteste Methode zum Training der
Hypertrophie festgelegt werden kann. Allerdings ist die statische Methode für Sportler
relativ ungeeignet, da die statisch erworbene Kraft nicht in die „Sportsituation“
übertragen werden kann (Ausnahmen sind im Gerätturnen zu finden, z.B. Kreuzhang,
Handstand).
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Abb.5
Methoden kurzzeitiger maximaler Krafteinsätze
Beim Maximalkrafttraining wird immer mit hohen Lasten, geringen
Wiederholungszahlen, schnell und explosiv gearbeitet. Hierdurch erhält man eine
optimale Verbesserung der intra- und intermuskulären Koordination. Das
Pyramidentraining stellt eine Kombination aus intramuskulärem Koordinationstraining
und Muskelaufbautraining dar.
Abb.6
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Schnellkrafttrainingsmethoden
Abb.7
Beim Schnellkrafttraining wird immer konzentrisch mit möglichst maximaler
Geschwindigkeit gearbeitet. Man unterscheidet zwischen zwei verschiedenen
Zielsetzungen:
explosiver Start
höchste Endgeschwindigkeit
Das Training folgt dem biomechanischen Prinzip:
Beschleunigung = Kraft x Masse
Entwicklung des reaktiven Kraftverhaltens
Beispiele des Reaktiven Kraftverhaltens sind unter anderem das Springen über
mehrere hintereinander aufgestellter Kästen mit geschlossenen Beinen, oder nur
mit dem Absprungbein, oder auch der Niedersprung von einem Kasten mit
anschließendem Überspringen eines weiteren Kastenteils.
Bei all diesen Beispielen wird der nach dem Prinzip des Dehnungs-VerkürzungsZyklus (DVZ) gearbeitet, d.h. der Muskel der kontrahiert wird, wird zuvor gedehnt.
Dabei ist darauf zu achten, dass der DVZ (also der folgende Absprung) im Bereich bis
zu 250 msek bleibt, da eine größere Zeitspanne zwischen Absprung und Landung (Bsp.
zu hoher Kasten) nicht mehr trainingswirksam ist.
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Methoden des Kraftausdauertrainings
Bei allen Methoden ist folgendes Prinzip zu beachten:
hohe Wiederholungszahlen im Verhältnis zur Last (Beispiel: Belastung 40-70%, 20
Wiederholungen in 3-5 Serien) oder 30-40%. 30 Wiederholungen in 4 bis 6 Serien.
Kombinierte Methoden
Hier unterscheidet man zwei Varianten des Pyramidentrainings, wie in Abbildung
8 zu erkennen. Auf der linken Seite ist ein typische Pyramidentraining dargestellt.
Hier wird im Hypertrophietrainingsbereich begonnen und bis zum Bereich des
Maximalkrafttrainings gesteigert. Die Linke Abbildung zeigt eine so genannte
Doppelpyramide.
Hier wird mit einer geringeren Wiederholungszahl gearbeitet, um eine
optimale Anpassung in beiden Richtungen (Maximalkraft und Hypertrophie) zu erzielen.
Abb.8
Spezielle Formen des Krafttrainings
Dabei sollen an dieser Stelle drei Formen unterschieden werden, das isokinetische
Training, das desmodromische Training und das Training mit Elektrostimulation.
Das isokinetische Training wird hauptsächlich in der Rehabilitation eingesetzt,
um über den ganzen Bewegungsablauf eine dem Gelenkwinkel angepasste
Belastung zu induzieren. Das heißt also, dass die Isokinetik das Problem beseitigt, in
unterschiedlichen Gelenkwinkeln unterschiedliche Belastungen für den Muskel zu
haben, was bei normalen Trainingsgeräten der Fall ist. Die Richtgröße der Isokinetik ist
die Geschwindigkeit (je größer die Kraft, desto geringer die Geschwindigkeit).
Durch die computergestützte Ausführung können Belastungsspitzen
vermieden und in einem konstanten Tempo gearbeitet werden. Der Nachteil dieser
Methode ist, dass diese Art der Bewegung und Belastung nie in der Natur vorkommt.
Somit können sportliche Bewegungen durch Isokinetik nicht optimiert werden.
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Das desmodromische Training (Beispiel: OSP-Schnell-Gerät Beinstrecker) beruht
darauf, dass ein Hebel sich in einer konstanten Geschwindigkeit bewegt und der
Trainierende ständig gegen den Hebel arbeiten muss. Dadurch ist also ein ständiger
Wechsel zwischen konzentrischer und (echte) exzentrischer Arbeit gegeben, was eine
starke Ausbelastung und entsprechend starke Hypertrophie des Muskels zur Folge hat.
Das Training mit Elektrostimulation wird selten eingesetzt, dient aber der Steigerung der
Absolutkraft.
6 - Diagnostik und Testverfahren
Funktionen der Kraftdiagnostik
Bestimmung des gegenwärtigen Leistungszustandes (individueller Soll-IstVergleich, inter individueller Vergleich innerhalb einer Trainingsgruppe)
Analyse der Veränderungen des Leistungszustandes im zeitlichen Verlauf
der Trainingsdokumentation der Leistungsentwicklung
Erkennen von Wechselwirkungen einer Einflussgröße des Leistungszustandes
auf eine andere
Bestimmung der genauen Widerstandslast (Belastungsintensität) für
unterschiedliche Trainingsmethoden
Muskelleistungsschwelle
Dies ist eine der wichtigsten Methoden im Bereich des Krafttrainings. Hier wird
bestimmt, in welchem Bereich der Muskel seine optimale Leistung bringen kann
(vgl. Hill-Kurve). Man sucht also das Optimum zwischen Masse und Beschleunigung.
Dieser gesuchte Wert liegt meist bei ca. 50% der Maximalkraft. Die Bestimmung
der Muskelleistungsschwelle erfolgt Beispielsweise mit Hilfe einer Lichtschranke.
Testverfahren
Isometrische Kraft-Zeitkurve
Dieser Test wird z.B. auf einem Schnell-Trainer durchgeführt. Dabei erhält der
Proband die Aufgabe mit maximaler Kraft gegen einen Widerstand zu drücken. Als
Ergebnis lässt sich eine Kurve aufzeigen, aus welcher die Start-, Explosivund/
oder Schnellkraft abgelesen werden kann. Die Startkraft erhält man nach ca.
30 ms. Die Explosivkraft ist als der Punkt größter Steigung in der Kurve abzulesen
(größter Kraftanstieg pro Zeiteinheit). Der Schnellkraftindex ist definiert als maximale
Kraft / maximaler Zeit.
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Jump and Reach-Test
Er zählt zu den einfachsten Methoden zur Ermittlung der motorischen Kraft. Dabei wird
die Reichhöhe (Größe und ausgestreckter Arm) von der Sprunghöhe des Probanden
abgezogen, was die absolute Sprunghöhe ergibt. Diese absolute
Sprunghöhe ist ein Index für die Sprungkraft des Probanden.
Direkte Kraftmessung (Bodenreaktionskraft)
Man unterscheidet zwei verschiedenen Methoden, erstens die Messung mit
Dehnungsmessstreifen und zweitens die Messung mit der Kraftmessplatte. In beiden
Fällen erfolgt eine direkte Kraftmessung. Der Vorteil dieser Methode ist, dass der KraftZeit-Verlauf dargestellt wird, wodurch Kraftmaxima und Kraftabfälle sichtbar werden.
Dadurch sind ebenso Schlüsse auf die intermuskuläre Koordination möglich.
7 - Zielgruppenspezifik
Genetische Unterschiede
Genetisch bedingt sind zwei verschiedene Arten von Muskelfasertypen vorgegeben.
Aufgrund der Art ihres Stoffwechsels, ihrer Kapillarisierung und ihrer
Kontraktionsgeschwindigkeit unterscheiden wir weiße und rote Muskelfasertypen, bzw.
Muskelzellen-Typen.
Die weißen Muskelfasern werden auch als ,,fast twitch", schnell zuckende Muskelfasern
bezeichnet, sie tragen diesen Namen, da sie sich mit durchschnittlich 64msec., ungefähr
doppelt so schnell kontrahieren wie rote Muskelfasern. Auch ihre
Membranleitungsgeschwindigkeit ist mehr als doppelt so hoch. Sie sind im Vergleich zu
den roten Muskelfasern relativ dick. Diese Muskelfasern sind durch ihren Reichtum an
Phosphaten, Enzymen und Glykogen optimal für ihre Arbeitsweise, im vornehmlich
anaeroben Bereiche ausgestattet. Aufgrund ihrer spezifischen Erregbarkeit werden sie
auch phasische Muskelfasern genannt. Sie neigen zur Abschwächung, atrophieren
leichter und sind schneller ermüdbar.
Die roten Muskelfasern werden dagegen auch tonische Muskelfasern genannt; sie
atrophieren langsamer und sind nicht so schnell ermüdet. Sie neigen in erster Linie zur
Verkürzung und haben nur einen geringen Durchmesser. Ihre
Kontraktionsgeschwindigkeit liegt bei ca. 120 msec. und ihre
Membranleitungsgeschwindigkeit bei ca. 2,5 m/sec.
Eine Umwandlung von FT- in ST-Fasern ist durch Training möglich. Die Umkehrung von
ST- in FT- Fasern jedoch nicht, bzw. nur theoretisch bei extrem langandauernder
Belastung (Frosch-Versuch).
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Krafttraining im Kindes und Jugendalter
Beim Krafttraining mit Kindern und Jugendlichen ist zu beachten, dass Hypertrophie der
Muskulatur maßgeblich durch das Hormon Testosteron gefördert wird.
Dieses Hormon ist aber bei Kindern noch nicht vorhanden. Daher sollte vor der
Pubertät vor allem inter- und intramuskuläre Koordination trainiert werden.
Geschlechtsspezifische Unterschiede
Abbildung 9 zeigt, dass Frauen durch ihre Veranlagung generell etwas schlechter
Abschneiden, als Männer. Ihr prozentualer Muskelanteil ist wesentlich geringer,
wodurch auch die absolute Maximalkraft geringer ist. Die relative Maximalkraft
(bezogen auf das Körpergewicht) hingegen ist gleich. Ebenso die Trainierbarkeit.
Abb.9