Das Verständnis der internen Muskelbelastung während verschiedener Kraftübungen ist entscheidend für die Entwicklung von Trainings- und Rehabilitationsstrategien, die sowohl effektiv als auch sicher sind. Diese Studie analysiert mittels muskel-skelettaler Simulation die Belastungsbedingungen bei drei grundlegenden Kraftübungen: Kreuzheben (Deadlifts), Good Mornings und Split Squats, wobei insgesamt 23 Variationen betrachtet wurden. Ziel ist es, auf Basis dieser Erkenntnisse evidenzbasierte Empfehlungen für ein effizientes Training und eine gezielte Rehabilitation zu geben.
Die Rolle der Quadrizepsmuskulatur
Bei der Untersuchung der Belastung der Quadrizepsmuskulatur zeigten sich die höchsten Werte während der Ausführung von Kreuzheben. Split Squats wiesen leicht geringere Belastungen auf. Wenn das primäre Trainingsziel die Kräftigung des Quadrizeps ist, insbesondere der Vasti-Muskeln, und ein Bewegungsumfang (RoM) von etwa 70° bis 100° im Knie angestrebt wird, sind Kreuzheben-Varianten daher besonders zu empfehlen. Split Squats eignen sich besser, wenn eine stärkere Aktivierung der Vasti-Muskeln oder ein kleinerer Kniebeugewinkel (ca. 50° bis 80°) erforderlich ist. Da der M. rectus femoris bei beiden Übungen nur teilweise rekrutiert wurde, aber im hinteren Bein der Split Squats über den gesamten RoM (20° bis 100°) konstant belastet wurde, wird die Split Squat-Übung zur Stärkung dieses Muskels empfohlen. Hierbei sollte idealerweise eine große Schrittlänge und ein kleiner Tibialwinkel gewählt werden. Darüber hinaus ist bei Split Squats eine sorgfältige Wahl der Ausführungsparameter (Schrittlänge, Tibialwinkel) ratsam, um muskuläre Dysbalancen innerhalb der Vasti-Muskeln zu vermeiden und die Kraftentwicklung zu optimieren.
Beanspruchung der Hamstrings-Muskulatur
Obwohl alle untersuchten Übungen die Hamstrings beanspruchten, blieb bei den Good Mornings der Quadrizeps inaktiv. Dies deutet darauf hin, dass diese Übung das Verhältnis von Hamstrings zu Quadrizeps (H:Q-Verhältnis) zugunsten der Hamstrings verschieben kann, was potenziell zur Prävention oder Rehabilitation von Kreuzbandrissen beitragen könnte. Da bei Good Mornings jedoch im Vergleich zu Split Squats und Kreuzheben geringere Knie-RoMs beobachtet wurden, werden die Hamstrings, insbesondere die ein Gelenk überspannenden Muskeln wie der kurze Kopf des M. biceps femoris, nur in diesen spezifischen Gelenkwinkeln trainiert. Die Tatsache, dass keine der untersuchten Übungen zur Kräftigung des M. semitendinosus (erkennbar an den relativ geringen Kraftwerten) in der Lage zu sein schien, deutet auf die Notwendigkeit zusätzlicher Übungen hin, um diesen Muskel gezielt zu trainieren. Dieses Phänomen könnte jedoch auch auf die im Vergleich zu anderen Hamstrings-Muskeln geringere maximale isometrische Kraft des M. semitendinosus zurückzuführen sein.
Belastung des Gluteus Maximus
Schellenberg und Kollegen berichteten über höhere externe Hüftflexionsmomente während Good Mornings (1,63 ± 0,14 Nm/kg) im Vergleich zu Kreuzheben (1,4 ± 0,13 Nm/kg) sowie über vergleichbare Gelenkmomente im vorderen Bein bei Split Squats (1,71 ± 0,32 Nm/kg), wenn das gleiche Zusatzgewicht auf der Hantel verwendet wurde. Im Gegensatz zu den externen Belastungsbedingungen der Hüfte in der sagittalen Ebene deuten unsere Daten darauf hin, dass die interne Belastung der M. gluteus maximus-Kräfte während Good Mornings signifikant geringer war als bei Kreuzheben und Split Squats. Hier scheint die Nutzung zusätzlicher Muskeln eine gängige Rekrutierungsstrategie zur Kompensation des größeren externen Moments zu sein. Dies impliziert, dass die Schätzung der individuellen Muskelbelastung, die sich allein auf das externe Moment stützt, zu falschen Vorhersagen führen kann, da Gelenkmomente allein nicht die übungsabhängige, individuelle Muskelrekrutierung berücksichtigen können. Zur Kräftigung der M. gluteus maximus-Muskeln in einem Hüftflexionswinkel von etwa 40° bis 90° scheinen Split Squats höhere Muskelkräfte zu erfordern und könnten daher eine effizientere Übung als Kreuzheben oder Good Mornings sein, während Kreuzheben gewählt werden sollte, wenn größere Hüft-RoMs erforderlich sind.
Vergleich mit EMG-Befunden
Trainingsempfehlungen wurden kürzlich auf der Grundlage der beobachteten EMG-Aktivität gegeben. Bei isometrischen EMG-Messungen unterschieden sich die Aktivierungsmuster des Quadrizeps über die Kniebeugewinkel und zwischen den verschiedenen Muskelanteilen, insbesondere des M. vastus intermedius, der sich als am empfindlichsten für Veränderungen der Muskellänge erwies. Bezüglich der Aktivität des M. vastus medialis und M. vastus lateralis im vorderen Bein während Split Squats stimmt der leicht höher aktivierte mediale Teil mit früheren Arbeiten überein. Durch die Analyse und den Vergleich von Kniebeugen, Ausfallschritten, Step-ups, Kreuzheben und Beinextensions berichteten Ebben und Kollegen jedoch von der höchsten Aktivität der Bizepsfemoris während Kreuzheben. Dieses Ergebnis stimmt nur teilweise mit unseren Erkenntnissen überein. Unsere Daten deuten darauf hin, dass der kurze Kopf der Bizepsfemoris die höchsten Aktivitätsniveaus während Good Mornings aufweist, während die Muskelkraft des langen Kopfes des vorderen Beins während Split Squats etwas höher war als während Kreuzheben und Good Mornings. Da die Fähigkeit von EMG, das Ausmaß der Muskelkräfte zu beurteilen, bekanntermaßen begrenzt ist, zeigen unsere Ergebnisse deutlich, dass die Bewertung dynamischer Krafttrainingsübungen, die ausschließlich auf Oberflächen-EMG-Messungen basieren, eingeschränkt sein kann.
Einschränkungen der Studie
Diese Studie liefert spezifische Belastungsbedingungen während verschiedener Kraftübungen und ermöglicht daher die Ableitung expliziter evidenzbasierter Trainingsempfehlungen. Die in unserer Studie berichteten kinetischen und kinematischen Daten wurden während zweier verschiedener Messsitzungen mit zwei verschiedenen Gruppen erhoben. Es wurden jedoch keine Unterschiede zwischen den Gruppen beobachtet, es wurden geringe Trainingslasten verwendet und alle Modelle wurden hinsichtlich ihrer anthropometrischen Daten basierend auf den grundlegenden Bewegungsaufgaben individualisiert. Hier könnten insbesondere unterschiedliche Segmentlängen zwischen den beiden Gruppen die externen Gelenkmomente und damit auch die berechneten Muskelkräfte beeinflussen. Bitte beachten Sie, dass Vergleiche innerhalb der verschiedenen Split Squat-Ausführungen und zwischen Good Mornings und Kreuzheben von dieser Einschränkung nicht betroffen sind.
Die Verwendung muskel-skelettaler Simulationen zur Bestimmung interner Belastungsbedingungen sowie Muskelaktivität und -kräfte leidet unter einer Vielzahl von Annahmen und Vereinfachungen. Hier zeigten Schellenberg und Kollegen kürzlich kritische Fehler bei der Verwendung von Referenz-muskel-skelettalen Analysen zur Bestimmung interner Belastungsbedingungen während Kniebeugen. Eine nahezu lineare Abhängigkeit des Fehlers vom Kniewinkel wurde zwischen gemessenen und geschätzten gesamten Gelenkkontaktkräften beobachtet, was zu einem durchschnittlichen maximalen Spitzenfehler von etwa 60 % bei den tiefsten Kniebeugewinkeln führte. Diese Fehler zeigen die Empfindlichkeit solcher Modelle für die Vorhersage interner Belastungsbedingungen, was darauf hindeutet, dass die Ergebnisse der vorliegenden Studie mit Vorsicht interpretiert werden müssen. Wichtig ist jedoch, dass die Autoren feststellten, dass ein Vergleich der Belastungsbedingungen über Übungen mit ähnlichen Flexionswinkeln hinweg immer noch möglich sein sollte, dass aber Vergleiche über weit auseinanderliegende Gelenkflexionswinkel hinweg mit Vorsicht interpretiert werden sollten. Folglich sollte der vergleichende Charakter der vorliegenden Studie immer noch einen vernünftigen und informativen Vergleich zwischen den verschiedenen Übungen ermöglichen, auch wenn die absolute Größenordnung der berichteten Kräfte wahrscheinlich nicht korrekt ist. Weitere Untersuchungen und Validierungen der in dieser Studie vorhergesagten Kraftgrößen sind jedoch eindeutig erforderlich.
Die geschätzte maximale Spannung im Muskelgewebe des M. vastus lateralis betrug etwa 61 kPa während der Kreuzheben-Übung. Dies ist höher als das gemeinhin anerkannte ultimative Spannungsniveau von Muskelgewebe von 50 kPa, was darauf hindeutet, dass die geschätzten Muskelkräfte eher höher sind als die, die physiologisch tatsächlich auftreten. Eine mögliche Erklärung hierfür ist, dass die angenommenen Muskelquerschnittsflächen des generischen Modells kleiner waren im Vergleich zu unseren typischen Teilnehmern. Darüber hinaus könnten die Hebelarme des Muskels in Positionen hoher Flexion unterschätzt werden. Ähnlich überschritten die berichteten durchschnittlichen gesamten Gelenkkontaktkräfte zwischen 9 und 127 N/kg die in vivo gemessenen Werte während tiefer Kniebeugen (25 N/kg) oder Kniebeugen (26 N/kg). Verglichen mit ihrer Kohorte hoben unsere Teilnehmer zusätzliches Gewicht an der Hantel, was wahrscheinlich zu zusätzlicher synergistischer Muskelaktivität (hauptsächlich mit kürzerem Hebelarm) und daher zu höheren gesamten Gelenkkontaktkräften geführt hat. Bitte beachten Sie, dass bei Kniebeugen eine Überschätzung der Kniegelenkkontaktkraft nur bei hohen Kniebeugewinkeln auftritt, während sie bei niedrigen Kniebeugen im Vergleich zu in-vivo-Messungen unterschätzt wird. Als Vergleichsstudie tragen die hier berichteten Unterschiede zwischen den Trainingsübungen jedoch immer noch neue und evidenzbasierte Erkenntnisse zur Information von Trainings- und Rehabilitationsprogrammen bei.
Relevante Erkenntnisse für die Prävention von Kreuzbandrissen
Ein wichtiger Parameter für die Prävention von oder die Rehabilitation nach Kreuzbandrissen scheint das H:Q-Verhältnis zu sein. Hier wurden unter anderem Good Mornings und Kreuzheben als Widerstandsübungen verwendet, um das H:Q-Verhältnis zu verschieben. Unter der Annahme, dass das entsprechende Ziel darin besteht, das Verhältnis zugunsten von H zu verschieben, legen die in dieser Studie präsentierten Daten nahe, dass Good Mornings eine geeignete Übung sind. Kreuzheben und Split Squats haben sich jedoch gezeigt, dass sie das Verhältnis eher in Richtung Q verschieben und in einer ACL-bezogenen Umgebung eher vermieden werden sollten. Wenn der oben genannte flexionsabhängige Fehler berücksichtigt würde, wird das H:Q-Verhältnis bei Good Mornings sogar noch besser, da dieses spezielle muskel-skelettale Modell die internen Belastungsbedingungen bei niedrigen Knieflexionswinkeln zu unterschätzen scheint.