Muskeltraining und Kraft

Die Haupteigenschaft des Muskelgewebes, das die Skelettmuskulatur bildet, ist die Kontraktilität, die unter dem Einfluss von Nervenimpulsen zu einer Veränderung der Muskellänge führt. Muskeln wirken auf die Knochen von Hebeln, die durch Gelenke verbunden sind. Dabei wirkt jeder Muskel nur in eine Richtung auf das Gelenk. In einem einachsigen Gelenk (zylindrisch, blockförmig) erfolgt die Bewegung der Knochenhebel nur um eine Achse, sodass die Muskeln in Bezug auf ein solches Gelenk beidseitig angeordnet sind und in zwei Richtungen (Flexion – Extension; Adduktion – Abduktion, Rotation) auf dieses wirken. Beispielsweise sind im Ellenbogengelenk einige Muskeln Beuger, andere Strecker. Diese Muskeln, die in entgegengesetzte Richtungen auf das Gelenk wirken, sind Antagonisten. In der Regel wirken zwei oder mehr Muskeln in eine Richtung auf jedes Gelenk. Solche Muskeln, die in die Wirkrichtung wirken, werden Synergisten genannt. In einem zweiachsigen Gelenk (ellipsoid, kondylär, sattelförmig) sind die Muskeln entsprechend ihrer beiden Achsen gruppiert, um die Bewegungen ausgeführt werden. In einem Kugelgelenk mit drei Bewegungsachsen (mehrachsiges Gelenk) liegen die Muskeln von mehreren Seiten an und wirken in verschiedene Richtungen darauf. Beispielsweise verfügt das Schultergelenk über Muskeln – Beuger und Strecker, die Bewegungen um die Frontalachse ausführen, Abduktoren und Adduktoren – um die Sagittalachse und Rotatoren – um die Längsachse (nach innen – Pronatoren und nach außen – Supinatoren).

In einer Muskelgruppe, die eine bestimmte Bewegung ausführt, unterscheidet man die Hauptmuskeln, die die jeweilige Bewegung ausführen, und die Hilfsmuskeln, deren unterstützende Funktion bereits im Namen angegeben ist. Die Hilfsmuskeln modellieren die Bewegung und verleihen ihr individuelle Eigenschaften.

Zur Bestimmung der funktionellen Eigenschaften von Muskeln werden Indikatoren wie ihr anatomischer und physiologischer Querschnitt verwendet. Der anatomische Querschnitt ist die Größe (Fläche) des Querschnitts senkrecht zur Längsachse des Muskels, der an der breitesten Stelle durch den Bauch verläuft. Dieser Indikator charakterisiert die Größe und Dicke des Muskels. Der physiologische Querschnitt des Muskels ist die Gesamtquerschnittsfläche aller Muskelfasern, aus denen der untersuchte Muskel besteht. Da die Kraft eines kontrahierenden Muskels von der Anzahl der Muskelfasern und der Größe des Querschnitts abhängt, charakterisiert der physiologische Querschnitt des Muskels seine Kraft. Bei spindelförmigen, bandförmigen Muskeln mit paralleler Faseranordnung stimmen der anatomische und der physiologische Querschnitt überein. Ein anderes Bild bietet sich bei gefiederten Muskeln, die eine große Anzahl kurzer Muskelbündel aufweisen. Von zwei gleichen Muskeln mit gleichem anatomischen Querschnitt hat der gefiederte Muskel einen größeren physiologischen Querschnitt als der spindelförmige Muskel. Der Gesamtquerschnitt der Muskelfasern im Pennatus ist größer und die Fasern selbst kürzer als im Fusiformis. In dieser Hinsicht hat der Pennatus eine größere Kraft als dieser, aber der Kontraktionsbereich seiner kurzen Muskelfasern ist kleiner. Pennatus findet man dort, wo eine erhebliche Muskelkontraktionskraft bei relativ kleinem Bewegungsbereich erforderlich ist (Unterschenkel-, Fuß- und einige Unterarmmuskeln). Fusiforme, bandförmige Muskeln, die aus langen Muskelfasern bestehen, verkürzen sich während der Kontraktion stärker. Gleichzeitig entwickeln sie weniger Kraft als Pennatusmuskeln mit gleichem anatomischen Querschnitt.

Muskelarbeit. Da die Enden des Muskels an den Knochen befestigt sind, nähern sich Ursprungs- und Ansatzpunkte bei der Kontraktion einander an, und die Muskeln selbst leisten eine gewisse Arbeit. So verändern der menschliche Körper oder seine Körperteile ihre Position, wenn sich die entsprechenden Muskeln zusammenziehen, bewegen, den Widerstand der Schwerkraft überwinden oder umgekehrt dieser Kraft nachgeben. In anderen Fällen wird der Körper bei Muskelkontraktion in einer bestimmten Position gehalten, ohne eine Bewegung auszuführen. Darauf aufbauend unterscheidet man zwischen Überwindungs-, Nachgiebigkeits- und Haltemuskelarbeit.

Überwindende Muskelarbeit wird geleistet, wenn die Kraft der Muskelkontraktion die Position eines Körperteils, einer Gliedmaße oder dessen Verbindungsstücks mit oder ohne Belastung verändert und dabei die Widerstandskraft überwindet.

Untergewichtige Arbeit ist Arbeit, bei der die Muskelkraft der Schwerkraft des Körperteils (Gliedmaße) und der von ihm getragenen Last nachgibt. Der Muskel arbeitet, verkürzt sich aber nicht, sondern verlängert sich. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn es unmöglich ist, einen schweren Gegenstand anzuheben oder zu halten. Mit großer Muskelanstrengung muss der Körper auf den Boden oder eine andere Fläche abgesenkt werden.

Haltearbeit wird geleistet, wenn die Kraft der Muskelkontraktionen einen Körper oder eine Last in einer bestimmten Position hält, ohne sich im Raum zu bewegen. Beispielsweise steht oder sitzt eine Person bewegungslos oder hält eine Last in derselben Position. Die Kraft der Muskelkontraktionen gleicht die Masse des Körpers oder der Last aus. Dabei ziehen sich die Muskeln zusammen, ohne ihre Länge zu verändern (isometrische Kontraktion).

Überwindungs- und Nachgiebigkeitsarbeit, bei der die Kraft der Muskelkontraktionen den Körper oder seine Teile im Raum bewegt, kann als dynamische Arbeit betrachtet werden. Haltearbeit, bei der keine Bewegung des gesamten Körpers oder eines Körperteils stattfindet, ist statische Arbeit.

Durch Gelenke verbundene Knochen wirken als Hebel, wenn sich Muskeln zusammenziehen. In der Biomechanik unterscheidet man einen Hebel erster Klasse, bei dem sich Widerstands- und Kraftangriffspunkte auf unterschiedlichen Seiten des Drehpunkts befinden, und einen Hebel zweiter Klasse, bei dem beide Kräfte auf einer Seite des Drehpunkts in unterschiedlichen Abständen davon angreifen.

Der erste Typ eines zweiarmigen Hebels wird als „Balancehebel“ bezeichnet. Der Drehpunkt befindet sich zwischen dem Kraftangriffspunkt (Muskelkontraktionskraft) und dem Widerstandspunkt (Schwerkraft, Organmasse). Ein Beispiel für einen solchen Hebel ist die Verbindung der Wirbelsäule mit dem Schädel. Gleichgewicht wird unter der Bedingung erreicht, dass das Drehmoment der aufgebrachten Kraft (das Produkt aus der auf das Hinterhauptbein wirkenden Kraft und der Armlänge, die dem Abstand vom Drehpunkt zum Kraftangriffspunkt entspricht) gleich dem Schwerkraftdrehmoment (das Produkt aus Schwerkraft und Armlänge, die dem Abstand vom Drehpunkt zum Schwerkraftangriffspunkt entspricht) ist.

Der zweite Hebeltyp ist einarmig. In der Biomechanik (im Gegensatz zur Mechanik) gibt es zwei Arten. Die Art des Hebels hängt von der Position des Kraftangriffspunkts und des Schwerkraftangriffspunkts ab, die sich in beiden Fällen auf derselben Seite des Drehpunkts befinden. Der erste Hebeltyp zweiter Art (Krafthebel) entsteht, wenn der Arm der Muskelkraft länger ist als der Arm des Widerstands (der Schwerkraft). Am Beispiel des Fußes ist der Drehpunkt (Rotationsachse) das Köpfchen der Mittelfußknochen und der Angriffspunkt der Muskelkraft (Musculus triceps surae) das Fersenbein. Der Widerstandspunkt (der Körperschwerkraft) befindet sich an der Verbindung der Schienbeine mit dem Fuß (Sprunggelenk). Bei diesem Hebel kommt es zu einer Kraftzunahme (der Arm der Kraftanwendung ist länger) und einer Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit des Widerstandspunkts (sein Arm ist kürzer). Beim zweiten einarmigen Hebeltyp (Beschleunigungshebel) ist der Angriffsarm der Muskelkraft kürzer als der Widerstandsarm, an dem die entgegengesetzte Kraft, die Schwerkraft, angreift. Um die Schwerkraft zu überwinden, deren Angriffspunkt weit vom Drehpunkt im Ellenbogengelenk (dem Drehpunkt) entfernt liegt, ist eine deutlich höhere Kraft der Beugemuskeln in der Nähe des Ellenbogengelenks (am Kraftangriffspunkt) erforderlich. Dadurch gewinnen Geschwindigkeit und Bewegungsbereich des längeren Hebels (dem Widerstandspunkt) an Bedeutung, während die am Angriffspunkt wirkende Kraft abnimmt.