Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie und Trainingslehre

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1 Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie und rainingslehre Bearbeitet von Antje Hüter-Becker, Mechthild Dölken 1. Auflage Buch. 356 S. ISBN Weitere Fachgebiete > Medizin > Physiotherapie, Physikalische herapie Zu Inhaltsverzeichnis schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Physiologie, Leistungsphysiologie, Pathophysiologie tionskurve ihrer Zuckungen. Wird der Zeitabstand der Aktionspotenziale so klein, dass sich aus den beiden Muskelzuckungen eine gemeinsame Summationskurve ohne erkennbare Erschlaffungsphasen bildet, dann spricht man von einem vollständigen etanus. Dieser Zeitabstand beträgt etwa ein Drittel der Kontraktionszeit der Muskelfasern der motorischen Einheit und wird umgerechnet als Verschmelzungsfrequenz angegeben. Sie steigt von den langsamen zu den schnellen motorischen Einheiten systematisch an. Abb Ein Originalbefund einer Stimulation des M. quadriceps femoris durch 11 supramaximale Impulse auf den N. femoralis in der Leistenbeuge. Der Impulsabstand entspricht 100 Hz. Es wird sehr gut ersichtlich, dass die Kraft mit der Anzahl der Impulse aufstockt und der Maximalwert erst deutlich nach dem Ende der Stimulationsserie erreicht wird. Bei der Eindellung (Pfeil) handelt es sich nicht um eine Erschlaffungsphase. Abb Ein Originalbefund einer Stimulation des M. quadriceps femoris durch 2 supramaximale Impulse auf den N. femoralis in der Leistenbeuge. Der Impulsabstand entspricht 20 Hz. Es wird sehr gut ersichtlich, dass der maximale Kraftwert relativ lange nach dem 2. AP erreicht wird und bereits ein relativ glatter Kraftverlauf resultiert. Eine sehr langsame SF-Einheit mit einer Kontraktionszeit von 150 ms hat eine Verschmelzungsfrequenz von 20 Hz und eine sehr schnelle FF-Einheit mit einer KZ von 30 ms von 100 Hz. Abb gibt das Ergebnis einer indirekten Stimulation des M. quadriceps femoris über den N. femoralis mit 2 Reizen entsprechend 20 Hz an. Abb zeigt das Ergebnis der Stimulation mit 100 Hz über 100 ms. Elektromyostimulation. Auf der physiologischen Grundlage der mit der Motoneuronengröße systematisch und fließend ansteigenden Verschmelzungsfrequenzen der motorischen Einheiten leitet sich ab, dass es für einen Muskel keine optimalen Reizfrequenzen für die Elektromyostimulation geben kann. Optimal ist für die Muskelfasern einer motorischen Einheit immer die tetanische Kontraktion auf der Grundlage des Entladungsfrequenzspektrums des Motoneurons. Das bedeutet, eine konkrete EMS-Reizfrequenz wird immer nur für einen sehr kleinen Sektor des Muskelfaserspektrums eine optimale Wirkung hervorrufen können. Die Reizung mit geringen Frequenzen von Hz wird einen Faseranteil des SF-Spektrums in eine angenähert physiologische tetanische Kontraktion versetzen und mit hohen Frequenzen von Hz eine Population des FF-Spektrums in Funktion versetzen. Der jeweils übrig bleibende Anteil der Muskelfasern kontrahiert physiologisch nicht optimal und es resultiert eine inadäquate Beanspruchung. Dennoch ist die EMS ein wertvolles Instrument in der herapie der funktionellen eilparese. Dies gilt für die Zielstellungen Durchblutungsförderung und Krafttraining. Muskellänge, Kraftentwicklung, Kontraktionsformen Die Dehnung eines Muskels hat 2 grundsätzliche Auswirkungen: Es entsteht eine der Dehnung entgegenwirkende Retraktionskraft und der Überlappungsbereich der kontraktilen Proteine wird verändert. Ruhe-Dehnungs-Kurve. Abb drückt die Beziehung zwischen der Dehnung und der Retraktionskraft aus. Wird eine Muskelfaser (der Muskel) gedehnt, so entsteht entsprechend den elastischen Eigenschaften eine passive Retraktionskraft. Der Muskel ist nicht ideal elastisch (Hooke-Gesetz), sodass bei fortschreitender Dehnung die Retraktionskraft überproportional ansteigt. Kontraktionsformen. Ausgehend vom Dehnungszustand und dem zugehörigen passiven Spannungsniveau der Ruhe-Dehnungs-Kurve kontrahiert die Muskelfaser (der Muskel) und aus den Kontrakti- Hüter-Becker/Dölken, Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, rainingslehre (ISBN ), 2005 Georg hieme Verlag

3 3.2 Sensomotorisches System Schnittstelle zwischen Mensch und Umwelt onsbedingungen ergeben sich die Kontraktionsformen (Abb. 3.37): Isometrische Kontraktion: Sie bedeutet ausschließlich Spannungsentwicklung bei konstanter Muskellänge. Isotonische Kontraktion: Diese ist ausschließlich eine Verkürzung (theoretisch) ohne äußeren und inneren Widerstand und ohne Spannungsentwicklung. Auxotone Kontraktion: Sie stellt eine Kombination von beiden dar. Es erfolgen zeitgleich eine Verkürzung und ein Spannungsanstieg. Von jedem Punkt der Ruhe-Dehnungs-Kurve (Herzmuskel: Druck-Volumen-Beziehung) kann der Muskel solche Kontraktionen ausführen. Entsprechend des Dehnungs- bzw. Überlappungszustands der kontraktilen Proteine verändert sich die maximal mögliche Spannung oder Verkürzung. So gibt es eine Muskellänge von der aus die isometrische Spannung einen absoluten Maximalwert erreicht. Bei fortschreitender Entdehnung oder weiterer Dehnung fällt sie ab (vgl. Abb. 3.36). Verbindet man die Spannungswerte von allen Ausgangspunkten der Ruhe-Dehnungs-Kurve, dann erhält man die Kurve der isometrischen Maxima (Herzmuskel: isovolumetrische Maxima). Verfährt man gleichartig mit der maximalen Verkürzung, dann entsteht die Kurve der isotonischen Maxima (Herzmuskel: isobare Maxima oder auch Volumenminima). Unterstützungszuckung. Durch das Nacheinander der beiden reinen Kontraktionsformen Isometrie und Isotonie resultieren die beiden zusammengesetzten Kontraktionsformen. Bei der Unterstützungszuckung kontrahiert die Muskelfaser (der Muskel) zunächst isometrisch und anschließend isotonisch. In der Praxis läuft eine solche Kontraktion beim Anheben eines Gewichtes mit konstanter Geschwindigkeit ab. Zunächst muss eine isometrische Spannung aufgebaut werden, um die Gewichtskraft des Gegenstandes zu erreichen. Mit einer darüber liegenden konstanten überwindenden Spannung verkürzt sich die Muskelfaser (der Muskel) isotonisch und das Gewicht wird bewegt. Der Herzmuskel arbeitet in sehr großer Näherung mit einer Unterstützungszuckung. Auch für diesen Kontraktionsablauf kann eine Kurve der Unterstützungsmaxima ermittelt werden. Hier hat aber jeder Punkt der Ruhe-Dehnungs-Kurve eine eigene Kurve der Unterstützungsmaxima. Sie ergibt sich aus der nahezu linearen Verbindung des jeweiligen isometrischen und isotonischen Maximums. Anschlagszuckung. Die Anschlagszuckung startet mit der isotonischen Kontraktion, der sich die isometrische Kontraktion anschließt. Abb Die Ruhe-Dehnungs-Kurve (RDK) des Skelettmuskels. Von dieser ausgehend kontrahiert der Muskel entweder isometrisch (isometrische Maxima; z.b. Linie 1 2) oder isotonisch (isotonische Maxima; 1 3). Die Kurve der Unterstützungsmaxima (Linie 3 2) entsteht aus der nahezu linearen Verbindung zwischen dem isometrischen und isotonischen Maximum eines Punktes der RDK. Die gepunktete Linie ergibt sich, indem von der isometrischen Kraft die passive Spannung der RDK subtrahiert wird. Sie erreicht den Wert Null bei großen Muskellängen. Unten sind für die Abschnitte der RDK die Dehnungsverhältnisse der Sarkomere dargestellt. Die Minimallänge als auch ein großer Dehnungszustand sind mit geringen, gegen Null strebenden Kraftentwicklungen verknüpft. Ein bestimmter Dehnungszustand, die optimale Länge, führt zum maximalen isometrischen Kraftwert (2). Hüter-Becker/Dölken, Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, rainingslehre (ISBN ), 2005 Georg hieme Verlag

4 Physiologie, Leistungsphysiologie, Pathophysiologie Abb Die Graphiken verdeutlichen die Kontraktionsformen des Skelettmuskels. Links die beiden reinen Kontraktionsformen Isometrie und Isotonie und die durch gleichzeitige Kombination entstehende auxotone Kontraktion. Die Steilheit der auxotonen Kontraktion ist von der zu bewegenden Last und damit vom isometrischen Anteil der gleichzeitigen Spannungsentwicklung und Verkürzung abhängig. Rechts sind die Unterstützungs- und Anschlagszuckung dargestellt. Es handelt sich einmal um das nacheinander von Isometrie und Isotonie (Unterstützung; vgl. auch Herzmuskel, S. 211) oder umgekehrt (Anschlag). Kraft und Verkürzungsgeschwindigkeit Entsprechend der Hill-Kraft-Geschwindigkeits-Kurve besteht zwischen der Kraft und der Verkürzungsgeschwindigkeit ein systematischer hyperbolischer Zusammenhang (Abb. 3.38). Kontrahiert der Muskel gegen einen unüberwindlichen Widerstand, produziert er ausschließlich Spannung (isometrische Kontraktion), die Verkürzungsgeschwindigkeit ist Null. Fällt der Widerstand fortschreitend ab, steigt die maximal mögliche Verkürzungsgeschwindigkeit (isotonische bzw. konzentrische Kontraktion) systematisch an und die erreichbare Kraft fällt. Abb Die Graphik verdeutlicht die Beziehung zwischen der Kontraktionskraft und der Kontraktionsgeschwindigkeit, die Hill- Beziehung. Die parabolische Beziehung zeigt, dass der maximale Kraftwert bei einer Kontraktionsgeschwindigkeit von Null (Isometrie) erreicht wird und mit ansteigender Geschwindigkeit die Kraft immer kleiner wird. Die Flächen weisen die geleistete physikalische Arbeit aus. Es wird deutlich, dass die gleiche Arbeit mit unterschiedlicher Anteiligkeit von Kraft und Geschwindigkeit erbracht werden kann. Die Kraft bei der Geschwindigkeit Null ist gleichbedeutend mit der jeweils maximal möglichen Anzahl tätiger Kreuzbrücken. Dieser Anzahl liegen zugrunde: Muskellänge (Überlappungsbereich), Entladungsraten der motorischen Einheiten, Ca 2+ -Konzentration, Menge der kontraktilen Proteine (Hypertrophie). Die steigende Verkürzungsgeschwindigkeit bei fallender Last basiert vornehmlich auf einem Anstieg der Bewegungsgeschwindigkeiten der Myosinköpfe. Die maximale Verkürzungsgeschwindigkeit ist ein Merkmal der Kontraktilität, welches die Anzahl und die Qualität der Aktin-Myosin-Wechselwirkungen einschließt. Hüter-Becker/Dölken, Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, rainingslehre (ISBN ), 2005 Georg hieme Verlag

5 3.2 Sensomotorisches System Schnittstelle zwischen Mensch und Umwelt Zusammenfassung Die Zellen des Muskelgewebes werden elektrisch erregt und haben die Fähigkeit zur Kontraktion. Muskelfasern (Skelettmuskelzellen) transformieren die elektrische Erregung über die elektromechanische Ankopplung in die mechanische Antwort, die daraus folgende Kontraktion geht je nach Widerstand mit oder ohne Verkürzung einher. Die kontraktilen Strukturen der Muskelfasern sind die Myofibrillen. Sie bauen sich aus kleineren Einheiten, den Sarkomeren, auf. Innerhalb eines Sarkomers findet sich eine regelmäßige Anordnung von Aktin- und Myosinfilamenten. Eine Muskelverkürzung bedeutet eine Verkürzung der Sarkomere, Dehnung bedeutet Auseinanderziehen der Filamente. Calciumionen sind die Auslöser des Kontraktionsmechanismus. An den Myosinköpfchen aktivieren sie unter Mitwirkung von Magnesiumionen die Myosin-AP'ase. Die kraftgenerierenden Wechselwirkungen zwischen Mysin und Aktin werden gestartet. Für diese Vorgänge ist AP nötig, welches auch für die Erschlaffung verantwortlich ist (Weichmacherfunktion). Der Kraftanstieg infolge kurz aufeinander folgender Aktionspotenziale resultiert aus der Summation der Kraft-Zeit-Verläufe der zugehörigen Muskelzuckungen. Isometrische Kontraktion = Spannungsentwicklung bei konstanter Muskellänge. Isotonische Kontraktion = Verkürzung ohne Spannungsentwicklung Grundprinzip der Bewegungsprogrammierung und Bewegungsregulation In diesem Kapitel lernen Sie die Grundprinzipien der Bewegung kennen. Hierzu gehören das Erkennen des aktuellen Zustands, die Auswahl der sensomotorischen Strategie, die Vorausberechnung der dann bewegungsinduzierten Rückinformationen und des Bewegungserfolgs als Voraussetzung der Bewegungsregulation und die Erarbeitung des Innervationsmusters einschließlich für die Logistiksysteme des SMS. Ferner erfahren Sie, wie durch das vielfache zielgerichtete Wiederholen dieser Vorgänge das sensomotorisches Lernen möglich ist. Eine Bewegung ist ein geregelter Prozess. Sie beruht auf einem ständigen Informationsaustausch zwischen Zielstellung, Ausführung und Ergebnis. Die Grundlage dieses Informationsflusses ist eine kreisförmige Verknüpfung der Komponenten des SMS. Die Sektoren des Kreises stehen untereinander in intensiver Wechselbeziehung. Die gleichen SMS- Strukturen sind als Ganzes sowohl für die Bewegungsqualität oder Koordination, die angepasste intensive oder wiederholte Kraftentwicklung (Kraft, Kraftausdauer) und die Fähigkeit zur zyklischen, lang dauernden Bewegungswiederholung (Ausdauer) verantwortlich. Das SMS ist bei der Bewegungsprogrammierung wie bei der Bewegungsregulation immer ein unteilbares System, denn es sind nie nur Anteile in Funktion. Die Bewegungsprogrammierung läuft immer nach einem einheitlichen Grundprinzip ab. Bevor eine Bewegung sichtbar beginnt, haben bereits sehr viele und komplexe Prozesse stattgefunden. Ohne sie wären der Bewegungsstart und die nachfolgende Regulation unmöglich. In Abb werden die grundsätzlichen Prozesse dargestellt. Eine Motivation zur Bewegungsausführung und die notwendige Aufmerksamkeit werden als gegeben vorausgesetzt. Erkennen des aktuellen Zustands Zu wissen, aus welcher Körperhaltung und Körperstellung die Bewegung beginnt, ist die absolute Voraussetzung für jeden koordinierten Bewegungsstart. Ohne eine umfassende und detaillierte vorherige Charakterisierung der Ausgangslage kann eine sichere, zielgerichtete und fließende Bewegung unmöglich beginnen. Nach der zentralnervösen Definition der Aufgabenstellung stehen die Sensoren mit ihrem Set an Basisinformationen an der ersten Stelle des Funktionskreises. Aufgrund ihrer Informationen müssen vor Bewegungsbeginn die räumliche Orientierung des Organismus und die Ausgangspositionen der Gelenke als auch ihre Positionen zueinander definiert werden. Es besteht ein Unterschied, ob der Ortswechsel von der sitzenden oder der stehenden Position aus starten soll. Ebenso ist ein umgehend korrekter, der Situation und der Aufgabe angepasster, fein abgestimmter Einsatz der Muskeln nicht denkbar, wenn die aktuellen Längen- und Spannungsverhältnisse und der funktionelle Zustand der Muskeln nicht weitestgehend bekannt sind. Hüter-Becker/Dölken, Biomechanik, Bewegungslehre, Leistungsphysiologie, rainingslehre (ISBN ), 2005 Georg hieme Verlag