Danksagung

Für die Betreuung während der Erstellung meiner Magisterarbeit möchte ich mich herzlich bei Prof. Dr. Karin Gruber und Dr. Gerd Blaumeiser bedanken.

Dank gilt auch dem Fitnessstudio Max und dessen Geschäftsführer Ravikanth Nadarajah, die mir die Durchführung meiner empirischen Untersuchung gestatteten, sowie den Probanden die stets pünktlich und gewissenhaft mitgearbeitet haben.

Besonderen Dank gilt auch Herrn Fitz der für Fotoaufnahmen an allen Trainingsgeräten zur Verfügung stand.

Inhaltsverzeichnis

A  Grundlagen zum Thema  1

   1

1.  Einleitung  

   2

2.  Biologischer Aufbau der Muskelzelle  

   7

2.1  Strukturelle Grundlagen einer Skelettmuskelkontraktion  

  14  

2.2  Muskelstoffwechsel  

  20  

3.  Formen der Muskelkontraktion  

  21  

3.1  Isometrische Kontraktion  

  21  

3.2  Konzentrische Kontraktion  

  22  

3.3  Exzentrische Kontraktion  

  22  

4.  Der Bewegungsapparat des Rumpfes  

  22  

4.1  Rückenmuskulatur  

  30  

4.2  Brustmuskulatur  

  32  

4.3  Bauchmuskulatur  

  38  

4.4  Beinmuskulatur  

  45  

4.5  Muskelschlingen  

  46  

4.5.1  Streckschlingen  

  47  

4.5.2  Beugeschlingen  

  48  

4.5.3  Muskelschlingen bei Körperseitwärtsneigung  

  49  

5.  Aufbau der Wirbelsäule  

  51  

5.1  Wirbel  

  54  

5.2  Bandscheibe  

  56  

5.3  Halswirbelsäule  

  57  

5.4  Brustwirbelsäule  

  57  

5.5  Lendenwirbelsäule  

  58  

5.6  Kreuzbein  

  59  

5.7  Steißbein  

  59  

6.  Körperhaltung  

  61  

7.  Auswirkung der Beckenstellung auf die Wirbelsäule  

  62  

7.1  Rundrücken  

  64  

7.2  Hohlrücken  

  65  

7.3  Hohlrundrücken  

  65  

7.4  Flachrücken  

  67  

7  5 Skoliose  

69

8.  Erkrankungen der Wirbelsäule  

  69  

8.1  Prolaps  

  71  

8.2  Morbus Bechterew  

  72  

8.3  Morbus Scheuermann  

  72  

8.4  Spondylolisthesis  

  73  

9.  Rückenschmerzen und Risikofaktoren  

  75  

9.1  Biologische Risikofaktoren  

  76  

9.2  Psychischer Stress  

  77  

9.3  Berufliche Risikofaktoren  

  78  

9.4  Lebensstil  

  79  

10.  Rückenschule  

  79  

10.1  Definition  

  80  

10.2  Intention einer Rückenschule  

  83  

10.3  Verschiedene Formen der Rückenschulen  

  84  

10.4  Auswirkung des § 20 SGB auf die Rückenschule  

B  Empirische Untersuchung  86

  86  

11.  Probanden  

  86  

11.1  Anzahl der Probanden  

  87  

11.2  Anamnese  

  87  

12.  Durchführung und Ausführung der Messungen mit dem Gerät Back-Check  

  87  

12.1  Definition Back-Check  

  88  

12.2  Die Messungen der einzelnen Körperpartien  

  90  

12.2.1  Inklination/Reklination der Lendelwirbelsäule (LWS)  

  93  

12.2.2  Lateralflexion  

  95  

12.2.3  Druck/Zug dorsal und ventral zum Oberkörper  

  97  

12.3  Testauthentizität des Back-Check  

  97  

13.  Rückentraining  

  98  

13.1  Ziel des Rückentrainings  

  98  

13.2  Einteilung in zwei Trainingsgruppen  

  99  

13.2.1  Gruppe A mit Training nach der Methode ,,Isoliertes Krafttraining"  

  103  

13.2.2  Gruppe B mit Training nach der Methode ,,Muskelschlingentraining"  

  108  

13.3  Dauer des Rückenkurses  

  108  

13.4  Trainingswiederholung  

  109  

  13 5 Trainingsgewicht  

110

14.  Auswertung der Back-Check Messreihen von Gruppe A  

  110  

14.1  Inklination/Reklination der Lendelwirbelsäule (LWS)  

  111  

14.2  Lateralflexion  

  112  

14.3  Druck/Zug dorsal und ventral zum Oberkörper  

  113  

15.  Auswertung der Back-Check Messreihen von Gruppe B  

  113  

15.1  Inklination/Reklination der Lendelwirbelsäule (LWS)  

  114  

15.2  Lateralflexion  

  115  

15.3  Druck/Zug dorsal und ventral zum Oberkörper  

  116  

16.  Resultate der Back-Check Messungen beider Gruppen  

  122  

17.  Diskussion des Untersuchungsergebnises  

  124  

18.  Literaturverzeichnis  

  129  

  19 Anhangsverzeichnis  

_____________________________________________________________________________ 1

A Grundlagen zum Thema

1. Einleitung

Seit einiger Zeit werden in Fitnessstudios und Rehazentren Rückenkurse in Form einer Rückenschule angeboten. Diese Rückenschulen werden von den Krankenkassen bezuschusst.

Das Rückenfitnesszentrum Dr. Wolff zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Rückentraining ein isometrischer Krafttest stattfindet und dieser am Ende des Rückentrainings wiederholt wird. Dadurch kann der Kraftzuwachs erfasst und mit Hilfe eines Computerprogramms ausgewertet werden. Die Trainingsgeräte von Dr. Wolff unterscheiden sich von anderem gerätegestützten Fitnesstraining in zweierlei Hinsicht. Zum einen wird nicht der Muskel isoliert trainiert, sondern in einem Verbund von vielen Muskeln, ein so genanntes Muskelschlingentraining. Zum anderen werden viele Übungen mit dem eigenen Körpergewicht ausgeführt, so dass keine zusätzlichen Gewichte benötigt werden.

Meine Magisterarbeit wollte ich im Bereich der Trainingslehre verfassen. Verschiedene Fragestellungen zum Thema Rückentraining wurden in Betracht gezogen. Der Untersuchungsgegenstand meiner Magisterarbeit ist der Vergleich des Kraftzuwachses zwischen den Dr.-Wolff-Trainingsgeräten und dem mit herkömmlichen Geräten durchgeführten Fitnesstraining.

Diese Untersuchung und dessen Ergebnisse soll der Hauptteil dieser Magisterarbeit sein. Zuvor wird auf die Grundlagen eingegangen wie z.B. die Anatomie, Rückenschmerzen, Rückenschule. Ein weiterer Punkt sind die volkswirtschaftlichen Gesichtspunkte die durch die Rückenschmerzen induziert werden. Auch das Präventionsgesetz und daraus resultierend die Bezuschussung der Rückenschulen durch die Krankenkassen sollen in dieser Arbeit ihren Platz finden.

Zum Schluss werden die Ergebnisse präsentiert und diskutiert, die durch die isometrischen Kraftmessungen erfasst worden sind.

_____________________________________________________________________________ 2

2. Biologischer Aufbau der Muskelzelle

Der Aufbau der Muskelzellen unterscheidet sich kaum von anderen Zellen. Ein Merkmal der Muskelzelle ist, dass sie durch die chemische und elektrische Erregung zur Verkürzung, sprich Kontraktion neigt. Eine weitere Besonderheit ist, dass durch diese Kontraktion Energie frei gesetzt und dadurch ein großer Teil Wärme abgegeben wird. Dies erklärt, weshalb die Sportler bei Ihrer Tätigkeit schwitzen und der Körper bei Wärmeverlust versucht, durch Muskelkontraktionen Wärme zu erzeugen (vgl. FALLER 1999, 85f).

Eine Zelle ist, „die elementare Bau- und Lebenseinheit des Körpers und Träger dessen Funktionen [...]“ (TITTEL 1989, 18). Wie alle anderen Zellen besitzt auch die Muskelzelle Zellleib (Zytoplasma), Zellkern (Nucleus) und Zellmembran (Plasmalemm) (Abb. 1). Für FALLER (1999) ist die Zellmembran kein Bestandteil des Zytoplasma im Gegensatz zu TITTEL (1989). Nach TITTEL besteht das Zytoplasma somit aus dem Grundplasma, dem Zellmembran, dem Para- und Metaplasma und den Organellen.

Das Grundplasma beinhaltet Proteine, Lipide, organische Bausteine, wichtige Mineralien, Spurenelemente und zu 75-95% Wasser.

Da alle Stoffwechselprozesse in wässriger Lösung stattfinden, benötigen die Zellen bzw. das Grundplasma einen solch hohen Wassergehalt. Das Zellwasser, das anorganische Salze, Nucleinsäure, Lipide und Ionen mit Proteinen enthält, wird als Kolloid bezeichnet. Das Kolloid kann in verdünntem (Solzustand) als auch zähflüssigem (Gelzustand) Zustand in der Zelle auftreten.

Die Zelle kann absterben, wenn das Plasma schädigen Einflüssen wie Alkohol, Chrom, Quecksilber, Osmium und anderen Strahlungsarten ausgesetzt ist. Verursacht wird das Absterben durch einen irreversiblen Sol- oder Gelzustand. (vgl. TITTEL 1989, 20)

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Abb. 1 Darstellung einer menschlichen Zelle (FALLER, 1999, 5) Regelmäßig treten Ausgangs- und Endprodukte in Körnchen-, Tröpfchen-, Schollen- oder auch Kristallform in den Zellen auf, diese Produkte werden

als Paraplasma ¹ bezeichnet. Die Protein-, Lipoid- und Salzsubstanzen sind für den Zellstoffwechsel Reserve- bzw. Vorratsstoffe. Werden Teile des Zytoplasmas mit ausdifferenziert. wird vom Metaplasma gesprochen. Dabei sollte das Metaplasma spezifische Funktionen aufweisen. Die Zellorganellen erfüllen verschieden Stoffwechselfunktionen und sind in unterschiedlicher Anzahl in der Zelle vorhanden.

¹ In der Literatur wird nicht nur von Paraplasma gesprochen, sondern meist auch das Wort paraplasmatische

Einschlüsse verwendet.

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Zellorganellen sind das endoplasmatische Retikulum, die Ribosomen, der Golgi-Apparat, die Lysosomen, die Zentriolen und die Mitochondrien (Abb. 1).

Das endoplasmatische Retikulum durchzieht bzw. unterteilt als Kompartimentierung das Zellinnere und sorgt so für den intrazellulären Stofftransport. Es weist röhren- und bläschenförmige Strukturen auf und sorgt auf der grossen Oberfläche für einen schnellen Ablauf der Stoffwechelreaktionen. Eine weitere Funktion des endoplasmatischen Retikulums ist, dass es als Membrandepot benutzt wird. Alle Zellen des menschlichen Köpers besitzen das endoplasmatische Retikulum. Eine Ausnahme stellen die roten Blutkörperchen dar, die das endoplasmatische Retikulum nicht benötigen. (vgl. FALLER 1999, 7) Die Ribosomen bestehen aus Protein- und RNA-Molekülen und werden daher auch als Multienzymkomplexe bezeichnet.

Sie können in verschiedenen Formen in der Zelle auftreten. Zum einen als freie Ribosomen, zum anderen in Verbindung mit dem endoplasmatischen Retikulum. Der Unterschied besteht darin, dass freie Ribosomen für die Produktion der zelleigenen Proteine verantwortlich sind und in Verbindung mit dem endoplasmatischen Retikulum das produzierte Protein als Drüsensekret für andere Zellen bereitstellen und exportieren. Der Golgi-Apparat, benannt nach seinem Entdecker, wird auch als ,,Dalton- Komplex“bezeichnet. Dieser besteht aus mehreren Feldern, auch als Vakuolen bezeichnet, und baut sich aus Fett- und Proteinsubstanzen auf. Der Golgi-Apparat bildet ein inneres Hohlraumsystem, das eine Aufnahme-und Abgabeseite aufweist. So werden die zelleigenen Abbauprodukte, wie z.B. die Eiweißsekrete im Golgi-Apparat verpackt und aus der Zelle ausgeschleust.

Daher ist die Aufgabe des Golgi-Apparates zum einen die Aufnahme- und Ausschleusung von Stoffen, zum anderen die Erneuerung der Zellmembran (vgl. FALLER 1999, 7, TITTEL 1989, 23).

Die Lysosomen liegen kugelförmig vor und enthalten hydrolysierende Enzyme wie z.B. die saure Phosphatase, β-Glucuronidase, DNase und RNase. Diese Enzyme sind für die intrazelluläre Verdauung verantwortlich. Die aufgenommen Stoffe als auch die zelleigenen Organellen können

_____________________________________________________________________________ 5 abgebaut werden durch Phagocytose ² oder Pinocytose ³ und werden dem Stoffwechsel der Zelle wieder zur Verfügung gestellt (vgl. TITTEL 1989,

21).

Die Zentriolen sind Hohlzylinder und verfolgen das Ziel der Zellteilung. Indem die Zentriolen das Fasergerüst von Spindelfasern aufbauen, wird die Polarität der Zelle für die spätere Zellteilung bestimmt. Die Mitochondrien, auch Plastosomen bezeichnet, sind die Kraftwerke der

Körperzellen ⁴ . Sie liegen in der Zelle fadenförmig vor und können quantitativ von wenigen bis an die tausend in den Körperzellen auftreten, außer bei den roten Blutkörperchen. Für Muskelkontraktionen, Transport von Stoffen, für die Synthese von Proteinen und anderen Stoffen werden die Mitochondrien benötigt. Eine Muskelkontraktion kann nur unter einem Energiestoff, dem ATP (Adenosintriphosphat) stattfinden. Für die Herstellung des ATP`S sind auch die Mitochondrien verantwortlich. Aus den Grundnahrungsstoffen Kohlenhydrate, Proteine und Fette wird das energiereiche ATP gewonnen und den einzelnen Orten in der Zelle zur

Verfügung gestellt. 5

Der Zellkern liegt kugelförmig oder länglich in der Zelle vor und ist ein lebenswichtiger Bestandteil für eine Zelle, die über eine längere Zeit voll funktionsfähig sein möchte (Abb. 1). Die Erythrozyten (rote Blutkörperchen) besitzen keinen Zellkern, während andere Zellen wie z.B.

die Leberzellen zwei Zellkerne besitzen. ⁶ Die Osteoklasten besitzen fünf bis zwanzig und die Skelettmuskelzellen über tausend Zellkerne. ⁷ Ist kein Zellkern vorhanden, so kann sich die Zelle nicht mehr teilen. Die Zellkerne sind durch Kernporen mit dem endoplasmatsichen Retikulum verbunden und werden ansonsten durch zwei Einheitsmembrane mit dem umgebenden

² Phagocytose, stammt aus dem Wort griechischen phagein und bedeutet so viel wie fressen

³ Pinocytose stammt aus dem Wort griechischen pinein und bedeutet so viel wie trinken

⁴ mitos = Faden und chrondos = Korn

⁵ Auf das ATP und deren Energiebereitstellung wird unter Punkt 2.1 eingegangen.

Für diese Magisterarbeit stellen die Mitochondrien das wichtigste Zellorganell dar. Ich möchte aber darauf hinweisen,

dass selbstverständlich ohne die anderen Zellorganellen das Leben der Zellen nicht möglich wäre.

⁶ Bei der Bildung der Erythrozyten wird der Zellkern ausgestoßen, damit sehr viel Blutfarbstoff transportiert werden

kann. Aus diesem Grund wird im deutschen Sprachraum von Blutkörperchen gesprochen, anstatt von Blutzellen (vgl.

ROST 2001, 350).

⁷ Osteoklasten fressen Knochengewebe ab, wenn Trainingsreize nicht mehr auftreten. Diese Zellen werden auch

Osteoclastocytus oder Knochenfresszellen genannt (LEXIKON-REDAKTION URBAN UND SCHWARZENBERGER 2000,

1238).

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Zytoplasma getrennt. Der Zellkern sorgt für die Produktion von ribosomaler RNA (rRNA). Des Weiteren ist der Zellkern der Aufbewahrungsort der Chromosmen. Jede Zelle mit einem Zellkern besitzt 46 Chromosomen. Diese sind paarig angelegt, und zwar 23 Chromosomen von väterlicher Seite und 23 Chromosomen von mütterlicher Seite.

Die Chromosomen sind der Speicherort der genetischen Information, dienen zur Übertragung der Information bei einer Proteinbiosynthese und sorgen für eine identische Verdopplung bei einer Zellteilung (vgl. FALLER 1999,

10).

Durch das Training kann eine Größenzunahme der Muskelzelle stattfinden, kurz Hypertrophie genannt. Verursacht wird das durch den Zellkern und die Ribosomen, die gemeinsam für eine Vermehrung der Proteinstrukturen sorgen (vgl. WEINECK 1997, 32).

Das Zellmembran (Plasmalemm) hält den flüssigen Zellleib zusammen und bildet eine Barriere zwischen dem Zellinneren und dem Extrazellulärraum. Die Dicke dieser Membrane beträgt 7,5 nm (vgl. FALLER 1999, 5). Dadurch wird das Innere der Zelle vor schädlichen Einflüssen der Umgebung geschützt. Die feinporige Zellmembran filtert die Bau- und Betriebsstoffe von den Schlackenstoffen.

Die Bau- und Betriebsstoffe können Natrium, Kalium, Phosphat, Iodid, Glucose als auch Aminosäuren sein, während als Schlackenstoffe meist Laktat oder Kohlenstoffdioxid (CO2) bezeichnet werden. Außerdem hat die Membran als Aufgabe, für den Stoff- und Informationsaustausch der Zelle zu sorgen und der Zelle ihre dynamische Stabilität und ihre Reaktionsfähigkeit zu sichern. Die Zellmembran hat einen dreischichtigen Aufbau. Die zwei äußeren Lamellen schließen eine hellere osmiophobe Schicht ein. Nach außen grenzt sich die Membran durch eine Lipiddoppelschicht ab. Somit ist das Zytoplasma der Ort der anaeroben Energiegewinnung, der Glykosesynthese und der Fettsäuresynthese. Weitere Aufgaben sind der Abbau des Glykogens und die Speicherung der intrazellulären Glukose (vgl. TITTEL 1989, 21).

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2.1 Strukturelle Grundlagen einer Skelettmuskelkontraktion

Die Skelettmuskulatur stellt mit einem Anteil von 40-50% des gesamten Körpergewichtes das größte Organ dar, dabei handelt es sich um die Muskulatur des aktiven Bewegungsapparates. Diese Muskulatur kann durch das willkürliche Nervensystem angesteuert werden (vgl. FALLER 1999, 89) Ein Muskel des willkürlichen Nervensystems besitzt meist einen Ursprung (Origo) und einen Ansatz (Insertio). Der Ursprung, auch Punctum fixum genannt, ist die Stelle, an dem der Muskel am passiven Bewegungsapparat anheftet. So liegt der Punctum fixum nahe am Körperstamm (proximal) und ist somit auch unbeweglich, während der Ansatz, Punctum mobile, vom Stamm entfernt liegt (distal) und einen beweglichen Punkt darstellt. Dabei sind es nicht die Muskeln, die bei den Stellen anhaften, sondern die Sehnen, die immer am Ende eines Muskels für den Halt sorgen. Dabei sollte erwähnt werden, dass es auch Muskeln gibt, die zwei, drei oder vier Ursprünge besitzen, wie z.B. der zweiköpfige Armmuskel (M. biceps brachii). Des Weiteren sind Ursprung und Ansatz keine determinierten Begriffe, verursacht durch Bewegungsabläufe können Ursprung und Ansatz sich doppelsinnig betätigen.

Das kann daraus resultieren, dass Gliedmaßen Einfluss ausüben können auf den Rumpf bei deren Feststellung. Ein Beispiel hierzu wäre der Klimmzug, der den Rumpf durch die Armbeuge an die Arme heranbringt und sich so Ursprung und Ansatz vertauschen.

Es gibt aber auch Muskeln, die keinen Ursprung und Ansatz besitzen, meist ist es die Muskulatur des unwillkürlichen Nervensystems. Vorwiegend verlaufen die Muskeln gradlinig zwischen Ursprung und Ansatz. Wenn ein Muskel ein oder mehrere Gelenke überwindet, wird von ein- oder mehrgelenkigen Muskeln gesprochen (TITTEL 1989, 96-98). Ein Muskel besteht aus einzelnen Faserbündeln, umgeben mit Bindegewebe (Muskelfaszie). Dieses Bindegewebe ist die Außenhülle des gesamten Muskels, wird aus straffem, kollagenem Bindegewebe gebildet und verleiht dem Muskel Beweglichkeit.

Erst die Sekündärbundel, die sich aus den Faserbündeln und dem Perimysium externum zusammensetzen, bilden die eigentliche

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Skelettmuskulatur. Der Muskel wird durch zuführende Blutgefäße ernährt. Diese Blutgefäße als auch die Nervenfasern verlaufen durch das Perimysium externum und erreichen so das Innere des Muskels. Eine Muskelfaser hat die Größe von 10-100 µm und wird vom Bindegewebe Endomysium und dem Perimysium internum umgeben. Hunderte von diesen Muskelfasern bilden so ein Faserbündel (vgl. FALLER 1999, 88).

In Abbildung 2 wird veranschaulicht, wie eine Muskelfaser aus hunderten bis mehreren tausend Myofibrillen gebildet wird. Diese Myofibrillen liegen

im Sarkoplasma ⁸ und beinhalten subzelluläre Strukturen sowie die Mitochondrien.

Die Myofibrillen sind das verkürzende bzw. kontraktile Element, um eine Muskelkontraktion auslösen zu können. Sie verlaufen in der Längsachse der

Muskelzelle und besitzen alle 2,5 µm ⁹ Trennwände, die auch Z-Scheiben ¹⁰ genannt werden. Der Bereich zwischen einer Z-Scheibe bis hin zur nächst folgenden Z-Scheibe wird als Sarkomer bezeichnet (s. Abb. 3) (vgl. FALLER 1999, 91).

⁸ Für das Zytoplasma wird in der Muskelzelle das Synonym Sarkoplasma verwendet.

⁹ Jürgen Weineck hingegen geht bei der Länge eines Sarkomers von 1,5 µm aus.

¹⁰ Ein Synonym für die Z-Scheibe, ist zum einen das Krausesche Grundmembran oder auch Telophragma genannt (vgl.

TITTEL 1989, 87).

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Abb. 2 Aufbau eines Muskels (FALLER, 1999, 89)

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Abb. 3 Aufbau eines Sarkomer (FALLER, 1999, 91) Das Sarkomer beinhaltet Muskelfilamente, die in zwei Gruppen untergliedert werden, und zwar in dünne Aktinfilamente und dicke Myosinfilamente. Das Myosin, das durch viele Myosinmoleküle gebildet wird, besitzt am Ende mehrere Myosinköpfchen. Dies resultiert aus dem Verdrehen der einzelnen Myosinmolekülen, so dass diese Köpfchen seitlich aus dem Filament heraus schauen (s. Abb. 3).

Tittel verwendet für das anisotrope, dunkle Myosinmolekül den Begriff A-Filament und für das anisotrope, helle Aktinmolekül den Begriff I-Filament.

So treten im Bereich der Z-Scheibe nur die I-Filamente auf, im A-Bereich die Überlappung von I- und A-Filamenten. Der Bereich, in dem nur A- Filamente auftreten, wird als Hensensche Zone oder H-Zone bezeichnet (Abb. 4) (vgl. TITTEL 1989, 88).

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Abb. 4 Mikroskopische Darstellung und Aufgliederung einer Muskelfaser (TITTEL, 1989, 88)

Das Muskelprotein Aktin, das Protein Troponin, sowie Tropomyosin bilden die Aktinfilamente. Räumlich wird ein Myosinfilament von sechs Aktinfilamenten umgeben. Durch das parallele Nebeneinanderliegen der Muskelfilamente erhält der Muskel seine Querstreifung.

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Die Kontraktion wird vom Myosin eingeleitet, indem sich die Myosinmoleküle durch die Kippbewegung der Köpfchen an die Aktinfilamente heranziehen und sich dadurch die Myosinmoleküle um einige Nanometer in Richtung Sarkomer-Mitte bewegen. Diese Bewegung findet ungefähr 50-mal pro Sekunde statt, so dass sich das Sarkomer um 0,5

µm verkürzen kann. Aktin und Myosin behalten bei dieser ,,Kipp oder Ruderbewegung“ ihre gleiche Länge bei. Die gesamte Verkürzung eines Muskels findet dadurch statt, dass sich alle Sarkomere in einem Muskel gleichzeitig verkürzen.

Das willkürliche Nervensystem sendet einen elektrischen Impuls aus, der über die motorische Endplatte an die Muskelfaser übermittelt wird. An der Muskelfasermembran wird durch die Freisetzung von Azetylcholin ein elektrisches Potential aufgebaut (vgl. WEINECK 1997, 35f). Alle Myofibrillen werden gleichzeitig durch zwei Röhrensysteme erreicht, zum einen durch das longitudinale Tubili (L-System), das längs verläuft und zum anderen durch das transversale Tubili (T-System), das quer in der Muskelfaser verläuft (Abb. 5). Eine weitere Besonderheit der Muskelfaser ist, dass das endoplasmatische Retikulum als Transportsystem (L-System) für den elektrischen Reiz dient. Bei der Muskelfaser wird aber vom sarkoplasmatischem Retikulum gesprochen, anstatt vom endoplasmatischen (vgl. FALLER 1999, 90).

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Abb. 5 Darstellung des T- und L-Systems in einer Muskelfaser (BENNINGHOFF, 1985, 159)

Die beiden Systeme sind zwar eng aneinander geknüpft, habe aber keinen direkt Kontakt. Eine durchlässige Membran lässt den elektrischen Reiz vom T-Sytem über die Muskelfaser wandern und kann dadurch das L-System erreichen.

Das L-System, das die Myofibrillen umgibt, beinhaltet Kalzium in hoher Konzentration. Bei einem elektrischen Reiz, verursacht durch das Azetylcholin, werden Kalziumione freigesetzt und am dünnen Aktinfilament werden die blockierten Bindungsstellen für die Myosinköpfchen frei gegeben. In den Köpfchen wird durch das Kalzium das Enzym ATPas, durch die Spaltung von ATP, freigegeben. Es kommt zu

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einer Kippbewegung der Myosinköpfchen. Auch das Enzym Muskelphosphorylase wird durch Kalzium freigesetzt. Dieses Enzym spielt eine wichtige Rolle beim Abbau der Glykogenspeicher. Dadurch ist die Nachlieferung von ATP gewährleistet. Wenn das Kalzium in das L-System zurück gepumpt wird, werden die Bindungsstellen der Aktinfilamente durch die Proteine Troponin und Tropomyosin wieder blockiert und die Muskelzelle wird entspannt.

Dieser gesamte Vorgang vom Eintreffen des Nervimpulses bis hin zur Entspannung der Muskulatur wird als elektromechanische Kopplung bezeichnet (vgl. WEINECK 1997, 35ff)

2.2 Muskelstoffwechsel

Um eine Muskelkontraktion auslösen zu können, benötigt die Muskelfaser Energie. Der Körper ist auf den Energieträger ATP angewiesen, der durch die Spaltung von Adenosintriphosphat in Adenosindiphosphat und eines freien Phosphats Energie frei gibt. ATP ADP + P (Energie)

Aber nicht nur die Muskelkontraktion benötigt das ATP, sondern auch die Blockierung der Myosinköpfchen am Aktinfilament. So werden 2 ATP für den Rücktransport von einem Ca2+-Ion benötigt. Ohne das ATP würde eine dauerhafte Stimulation der Myosinköpfchen des Aktinfilaments auftreten und das Resultat wären dauerhafte Muskelkrämpfe. Das ATP das im Muskel vorliegt, würde für nur 3-4 maximale Kontraktionen ausreichen, so dass die Energiegewinnung in drei verschiedene Wege eingeteilt wird. Die Energiegewinnung wird auch unter dem Synonym ATP-Resynthese verwendet. (vgl. ROST 2001, 26) Abbildung 5 veranschaulicht, wie sich die anaerob-alaktaziden, der anaerob- laktazide und die aeroben Wege zusammensetzen und gebildet werden.

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Abb. 6 Verschiedene Energiebereitstellungsmöglichkeiten für eine Muskelzelle (ROST, 2001, 27)

Die Anaerob-alaktazide Energiegewinnung kann auf zweierlei Weise entstehen, zum einen durch die Myokinase-Reaktion und zum anderen durch die Lohmann-Reaktion.

Bei der Myokinase-Reaktion wird ein Phosphat, das von einem Molekül ADP stammt, auf ein anderes ADP übertragen. So entstehen ein ATP und ein Adenosinmonophosphat (AMP). ADP + ADP ATP + AMP

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Das AMP reagiert mit Wasser und so entsteht Inosin-Monphosphat (IMP) und Ammoniak (NH3), das bei längerer Dauer eine Ermüdung des zentralen Nervensystems herbeiführen kann und so die sportliche Leistungsfähigkeit hemmt. AMP + H2O IMP+NH3

Die Lohmann Reaktion hingegen spaltet ein Kreatinphosphat-Molekül sowie ein Phosphat ab und überträgt es einem ADP, so dass ATP gebildet wird und ein Kreatinrest bleibt. ADP+KrP ATP+Kr

Der benötigte Kreatinphosphatspeicher, der das KrP bereitstellt, befindet sich im Zytoplasma der Muskelzelle. Diese Energiebereitstellung kann nur

6-7 Sekunden maximale Muskelkontraktionen auslösen.

So kann die Myokinae-Reaktion als auch die Lohmann Reaktion schnell Energie liefern, haben aber den Nachteil, dass diese Energiegewinnung nur für eine kurze Zeit verfügbar ist.

Bei der anaerob-laktaziden ATP Resynthese wird Laktat (Milchsäure) gebildet, so dass die Muskulatur im Laufe der Zeit übersäuert, diese Übersäuerung wird Azidose genannt (vgl. ROST 2001, 28). Aus dem Energiestoff Glykogen wird durch verschiedene Reaktionen ATP gebildet. Glykogen sind die in der Muskulatur gespeicherten Glucoseketten, während Glukose (C 6 H 12 O 6 ) in gelöster Form in den Blutbahnen zu finden ist. Durch die Glykolyse kann aus Glykogen 3 mol ATP und aus Glucose 2 mol ATP gebildet werden. Die Glykose findet im Sarkoplasma statt, dabei wird Pryruvat gebildet, das durch zwei mögliche Stoffwechselvorgänge abgebaut werden kann. Gelangt das Pyruvat in die Mitochondrien, so wird

es zum Azteyl-CoA metabolisiert und dann in den Zitronensäurenzyklus eingeschleust (Abb. 7).

Für diese Verstoffwechselung wird Sauerstoff benötigt, so dass dies die aerobe Glykolyse darstellt. Es kann aber auch im Zytoplasma durch die Aufnahme von zwei Wasserstoffen zu Laktat umgebaut werden. Da kein

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Sauerstoff für das Metabolisieren von Pyruvat zu Laktat benötigt wird, nennt sich diese Form anaerobe Glykolyse. Auch unter Ruhebedingung wird Laktat gebildet, da beide Formen der Glykolyse stattfinden. Die Azidose kann durch Training gesteigert werden. Eine zu starke Azidose kann zum Absterben der Proteine in der Zelle führen und würde somit die gesamte Zell- und Gewebestruktur zerstören. Durch eine Deaktivierung eines Enzyms, die Phosphofruktokinase, kann die Glykolyse gehemmt werden, so dass eine Ermüdung eintritt, die zum Belastungsabbruch führt und so das Zerstören der Zell- und Gewebestruktur verhindert (vgl. ROST 2001, 31). Enzyme der anaeroben Energiebereitstellung Glukose 2 ATP + Laktat

Bei der aneroben Energiebereitstellung ist zu Beginn zu wenig Sauerstoff vorhanden, so dass der Organismus ohne Sauerstoff ATP bilden muss, bis die Belastung abgebrochen wird oder die aerobe Energiegewinnung die anaerobe ablöst. Das Defizit an Sauerstoff, das am Ende der Belastung wieder aufgefüllt werden muss, wird als Sauerstoffschuld bezeichnet. Die Mehraufnahme von Sauerstoff wird verwendet für die Rephosphorylierung von Kreatin zu Kreatinphosphat (vgl. WEINECK 1997, 39f). Bei der aeroben Glykolyse findet die Energiegewinnung in den Mitochondrien statt. Das Pyruvat, das in die Mitochondrien transportiert wurde, wird durch weitere metabolische Prozesse in den Zitronensäurezyklus eingeschleust. Das Pyruvat wurde in Azetyl-CoA metabolisiert. In diesem Zitronensäurezyklus, auch Zitratzyklus oder nach seinem Entdecker Krebs-Zyklus genannt, endet nach einer Reihe von Reaktionen die Energiegewinnung beim Oxalazetat (Abb. 7) (vgl. ROST 2001, 31).

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Abb. 7 Ablauf des Zitronensäurezyklus (ROST, 2001, 32) Erst nach einer Belastung von mehr als einer Minute findet die Energiebereitstellung aerob statt. Nicht nur Glukose, sondern auch freie Fettsäuren sowie in Notfallsituationen Proteine, in Form von Aminosäuren, können zur Energiegewinnung herangezogen werden.

Glukose ATP + CO2 + H2O

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Im Gegensatz zu den anaeroben Wegen der Energiebereitstellung kann die aerobe Glykolyse 32 mol ATP und bei Beteiligung von Fettsäuren sogar 130 mol ATP bilden. Als weitere Stoffe werden Kohlendioxid und Wasser gebildet. Das Wasser tritt als Schweiß auf der Hautoberfläche auf. Das Kohlendioxid wird aus der Zelle befördert, durch den Blutkreislauf zur Lunge gebracht und folglich ausgeatmet. Die Energiespeicher werden nicht hintereinander, sondern überlappend geleert. Die Energiebereitstellung beginnt mit dem vorhandenen ATP im beteiligten Muskel, danach mit den anaerob-alakaziden Wegen, dem anaerob-laktaziden Weg und endet mit der aeroben Energiegewinnung (Abb. 8 und 9). Die Speicher, die vorher entleert wurden, werden von den nachfolgenden Speichern wieder aufgefüllt. Der aerobe Speicher ist durch die Beteiligung von freien Fettsäuren unbegrenzt verfügbar (vgl. ROST 2001, 37).

Die Kohlenhydrate und Fette decken den Energiebedarf in Ruhe ab, während bei sehr intensiven Reizen diese Belastungen anaerob durch das intrazelluläre Glykogen abgedeckt werden. Bei mittleren Belastungen sorgt ein Mischverhältnis zwischen Kohlenhydrate und Fette für die aerobe Energiegewinnung. Bei Dauerbelastungen von mehreren Stunden können die Glykogenvorräte die Energie bereitstellen, so dass die Fettsäuren 70-

90% des Energiebedarfs decken (vgl. WEINECK 1997, 41f).

Abb. 8 Energiebereitstellung bei verschiedenen Belastungen (ROST, 2001,37)

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Abb. 9 Energiebereitstellungswege in abhängig von Zeit (WEINECK, 2000, 86)

3. Formen der Muskelkontraktion

Maximale Kraft kann ein Muskel nur dann entwickeln, wenn er wenig oder gar nicht verkürzt wird. Ist dies der Fall, dass der Muskel seine Länge nicht verändert, aber durch äußere Einflüsse Muskelspannung erzeugt wird, so wird dies als isometrische Kontraktion bezeichnet. Im Gegensatz dazu werden schnelle Bewegungen mit nur geringer Kraftentwicklung ausgeführt. Grund dafür ist die Arbeitsweise des Sarkomer, denn durch die schnelle Bewegung müssen die Myosin-Aktin Bindungen immer wieder gelöst werden und nachgreifen. Bei der isometrischen Kontraktion werden alle Myosin-Aktin Bindungen geschlossen, da das Nachgreifen nicht erforderlich ist. Hierdurch kann der Muskel die maximale Kraft erreichen. Bei der isotonischen Kontraktion verkürzt sich der Muskel, die Spannung hingegen wird nicht verändert.

Die drei grundlegenden Formen der Muskelkontraktion sind die isometrische, die konzentrische und die exzentrische Kontraktion (vgl. FALLER 1999, 94).

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3.1 Isometrische Kontraktion

Ein Muskel, bei dem Ansatz und Ursprung fixiert sind, kann durch Anspannung Kraft entwickeln, jedoch ist das Verkürzen nicht möglich. Es findet keine Längenänderung von außen statt, im Gegensatz zum Inneren des Muskels. Aktin und Myosin gleiten zwar ineinander, doch gleichen die Sehnen die Verkürzung aus.

HOLLMANN/HETTINGER (1980) definieren die statische Kraft folgend: ,,Die statische Kraft ist diejenige Spannung, die ein Muskel oder eine Muskelgruppe in einer bestimmten Position willkürlich gegen einen fixierten Widerstand auszuüben vermag“ (WEINECK 1997, 192).

So wird die isometrische Kontraktion auch als haltende oder stützende Kraft bezeichnet. Ein Beispiel für eine solche Bewegung ist ein Klimmzug in einer bestimmten Höhe, in der einige Zeit verharrt bleibt. Das isometrische Krafttraining führt zu einem Dickenwachstum des Muskels und zu einer schnellen Kraftzunahme. Das isometrische Krafttraining ist nicht so effektiv wie das konzentrische Krafttraining (vgl. ROSTOCK 2003, 75).

3.2 Konzentrische Kontraktion

Bei dieser Kontraktion verkürzt sich der Muskel, während gleichzeitig die Spannung zunimmt. Da sich Ansatz und Ursprung des Muskels annähern, findet hier eine sichtbare Bewegung statt. Wenn sich Körperteile fortbewegen wie beim Springen, Laufen, Werfen, ist die konzentrische Kontraktion als Ursache aufzuführen. Verursacht durch die Kontraktionskraft kann ein Muskel Widerstände des eigenen Körpers oder äußerer Kräfte überwinden. Das Beispiel einer solchen Bewegung ist das Hochziehen eines Klimmzugs, bei dem sich der M. Bizeps beugt.

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3.3 Exzentrische Kontraktion

Wenn sich Ansatz und Ursprung trotz Anspannung voneinander entfernen, wird diese Kontraktion als exzentrisch bezeichnet. Der Muskel wird gedehnt und wehrt sich aktiv gegen die äußeren Kräfte, die größer sind als jene, die

im Muskel erzeugt werden. Am Beispiel des Klimmzugs ist es die herablassende Bewegung, bei der der Bizeps die Bewegung abbremst (vgl. GEHRKE 2000, 50; BENNINGHOFF, 1985, 250).

4. Der Bewegungsapparat des Rumpfes

Große Muskelgruppen führen Bewegungen des Rumpfes aus, die sich auf die Wirbelsäule auswirken. Die Rumpfmuskulatur bezieht sich nicht nur auf die Brust und Rückenmuskulatur, sondern schließt auch die Muskeln des Schultergürtels als auch die der oberen Extremitäten mit ein. Die Muskulatur des Rumpfes wird zwar in einzelne Segmente unterteilt, kann aber durch die Verschmelzung von Nachbarsegmenten nicht einzeln betrachtet werden. Diese Verschmelzung führt zu einer Ansammlung größerer Muskelindividuen. Die Rumpfmuskulatur umfasst nur die Rücken-, Bauch- und Brustmuskulatur sowie das Zwerchfell und den Beckenboden (vgl. FALLER 1999, 141).

4.1 Rückenmuskulatur

Die Rückenmuskulatur wird in zwei verschiedene Gruppen eingeteilt. Diese Einteilung bezieht sich auf die Herkunft als auch auf die Funktion dieser kräftigen Muskeln.

Eine Gruppe stellen die tiefen, langen und kurzen Rückenmuskeln des M. erector spinae dar, die andere Gruppe bezieht sich auf die platten und peripher gelegenen Muskeln, die auch als Gliedmaßen- und Rippenmuskeln bezeichnet werden (Abb. 10).

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,,Unter der autochthonen Rückenmuskulatur versteht man alle Muskel, die von den Rami dorsales der Spinalnerven innerviert werden. Sie werden als Erector spinae bezeichnet“ (PLATZER 1986, 72). Diese Muskulatur verläuft parallel jeweils links und rechts zur Dornfortsatzlinie, die jeder Überdehnung des Rumpfes, sei es ventral oder dorsal, entgegenarbeitet. Der Erector spinae unterteilt sich in zwei Muskelstränge, die sich medial und lateral aufzweigen.

Autochthone Rückenmuskulatur in dorsaler Ansicht Abb. 10 (BENNINGHOFF, 1985, 294).