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Bevor Sie mit dem Training beginnen, konsultieren Sie bitte Ihren Arzt. Die in diesem Buch enthaltenen Empfehlungen sind nicht als ärztlicher Rat aufzufassen.

Diejenigen, die die in diesem Buch enthaltenen Techniken anwenden, tun dies auf eigene persönliche Verantwortung.

Die Rechte für die Übersetzung, digitale Speicherung, Vervielfältigung und Übernahme, sei es ganz oder teilweise und unabhängig, mit welchen Mitteln (einschließlich Mikrofilm und Fotokopien), sind in allen Ländern vorbehalten.

Aus Gründen der besseren Lesbarkeit haben wir uns entschlossen, durchgängig die männliche (neutrale) Anredeform zu nutzen, die selbstverständlich die weibliche mit einschließt.

Das vorliegende Buch wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch erfolgen alle Angaben ohne Gewähr. Weder der Autor noch der Verlag können für eventuelle Nachteile oder Schäden, die aus den im Buch vorgestellten Informationen resultieren, Haftung übernehmen.

Originaltitel: Allenamento Funzionale – manuale scientifico von Guido Bruscia

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Details sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar.

Alle Rechte, insbesondere das Recht der Vervielfältigung und Verbreitung sowie das Recht der Übersetzung, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren – ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, gespeichert, vervielfältigt oder verbreitet werden.

2.4 Das aerobe System (aerobe Glykolyse oder oxidative Phosphorillierung in den Mitochondrien)

Für Ester, meine Partnerin und „Muse“, mit Dank für unser gemeinsames Leben.

Für meine Großmutter Sara, 106 Jahre alt, und auch heute noch „funktional“.

Für Ernesto Rossi und Sabrina Parrello (und ihre Kinder Ettore und Giovanni), als Dank für ihre große, wahre und bedingungslose Freundschaft.

Die Idee für dieses Buch wurde vor vielen Jahren geboren und ist das Werk des Autors und all derer, die für ihn, auch wenn sie sich dessen nicht bewusst gewesen sind, eine Quelle der Inspiration und Ideen waren:

Emilio They (ein Freund und Meister, um den nie genug getrauert werden kann), Marco Neri, Steve Cotter, Michael Boyle¹, Robert Dos Remedios, Alwin Cosgrove, Martin Rooney, Stuart Mc Gill, Todd Durkin, Josh Henkin, Michol Dalcourt, Gray Cook, Marc Lebert und viele andere, die ich aus Platzgründen (und wegen fehlender Erinnerung!) nicht nennen kann.

Mein Dank gilt auch allen Freunden, Studenten und Kollegen, die mir mit Zuneigung und Respekt folgen.

Eda Maistrelli, Roberto Braghiroli, Claudio Arena, Emanuele Gollinucci, Roberto Cappelletti, meinen Studenten in den Hamazon-Kursen in Piombino und Castiglione della Pescaia, Bruno und Serena und dem Personal des Fitnessstudios Mensana in Grosseto, Marco Giannoni und dem Personal des Fitnessstudios Palestra Azzurra in Follonica, Mirko, Cesare und dem Personal des Fitnessstudios Living Club in Piombino.

Seit es Menschen auf der Erde gibt, haben sie immer auf ihre eigene Weise mit der Umwelt interagiert.

Die Zivilisation hat unendlich viele Vorteile für das Leben der Menschen gebracht, hat sie aber auch schwächer und abgestumpfter gemacht. Die Sinne Riechen, Hören und Fühlen, die propriozeptiven Fähigkeiten und die verschiedenen organischen Fähigkeiten haben im Zuge der Evolution von unseren Vorfahren bis in die Gegenwart allesamt Änderungen durchlaufen. Das Ergebnis besteht darin, dass wir zwar einerseits in beheizten Häusern leben, dass aber andererseits ein Windstoß ausreicht, um uns mit Fieber ins Bett zu schicken (Marlo Morgan, Traumfänger).

Galenos von Pergamon, einer der Begründer der Medizin (ca. 131 bis ca. 201 n. Chr.), schrieb in seinem Werk De sanitate tuenda:

„… Das ist es, was ich als körperliches Training oder Gymnastik betrachte, ein Begriff, der mit dem Gymnasium verbunden ist, wohin die Menschen gehen, um sich zu salben, sich massieren zu lassen und sich im Ringen, Diskuswerfen oder einer anderen sportlichen Aktivität zu üben.“

Mehr als 1.000 Jahre später empfahl Mercurial Diskuswerfen, Seilklettern, schnelles Gehen, Bergsteigen und Weitsprung als Aktivitäten, die die meisten Vorteile bringen würden. Die Menschen trainierten mit mehr oder weniger einfachen Gewichten: Medizinbällen, Hanteln, Felsbrocken, dem Trapez, Seilen und an starren Ringen.

Heute hat die immense Popularität von Fitnessstudios Trainingszentren erzeugt, die immer besser ausgestattet, immer anspruchsvoller und multifunktionaler sind. Mit großem theatralischen Aufwand werden oft Landschaften oder Outdooraktivitäten imitiert, die allesamt in einen Fitnessraum eingebettet sind: Freikletterwände, die die Unebenheiten einer echten Felswand imitieren, künstliche „Wasserläufe“ und Maschinen, auf denen man das Gehen, Laufen und Radfahren imitieren kann. Und dennoch sehen wir an vielen Orten Anzeichen für einen Trend in die entgegengesetzte Richtung: Waldrouten, Baumkronenwege, Trimm-dich-Pfade in Parks und eine Rückkehr zu Übungen mit dem eigenen Körpergewicht, bei denen also der Körper das Haupttrainingsgerät darstellt. Die steigende Beliebtheit von funktionalem Training ist ein Zeichen dafür, dass sich etwas ändert.

Erschöpft durch den Stress der Stadt, kehren die Menschen zu ihren Ursprüngen zurück, sie spüren wieder die Notwendigkeit eines Spaziergangs, eines Laufs, einer anderen Art von Muskeltraining, ohne Maschinen oder protzige Ausrüstungen, sie suchen nach Wäldern oder Wiesen.

Wenn wir über Bildung sprechen, beziehen wir uns auf ein Wissenssystem, das sich ständig weiterentwickelt und verschiedene Lernfelder umfasst.

Aktivitäten im Fitnessstudio setzen physiologisches, anatomisches und biomechanisches Wissen voraus. Daneben haben die Ernährung und Nahrungsergänzungsmittel einen Einfluss auf die sportliche Leistung und auf die Ergebnisse, und zwar nicht nur auf die absoluten Leistungen. In den letzten Jahren wurden zudem in mehreren Studien viele die Welt des Sports betreffende Vorstellungen und Annahmen widerlegt.

Die Suche nach Wissen ist eine nie endende Reise, voller Versuche und Irrtümer. Zu diesen Tatsachen kommt natürlich die Trainingspraxis hinzu, die auf Erfahrungswissen beruht und keineswegs eine feste Gegebenheit darstellt. Entgegen der allgemeinen Auffassung macht Übung nicht den Meister: Es ist vielmehr perfekte Übung, die uns perfekt macht. Das Ziel der Bildung besteht darin, Professionalität zu erzeugen, ein Wort, das heute wie nie zuvor eine grundlegende Rolle bei der Beurteilung eines Trainers spielt. Ein Profi ist jemand, der eine einzigartige Leistung erbringt. Das sollten wir nicht vergessen.

Dieses Lehrbuch wurde mit der Vorstellung geschrieben, dass Lernen einfach sein soll.

Aus diesem Grund behandle ich Aspekte, die nicht unbedingt relevant für das Thema sind, nur oberflächlich und habe die rein technische Definition verschiedener Konzepte „geopfert“ und durch eine direktere, unkompliziertere Sprache ersetzt.

Im Jahr 2004 referierte ich bei einer Tagung für Personal Trainer zum Thema „Funktionales Training für die unteren Gliedmaßen: eine neue Perspektive“. In den folgenden Jahren studierte ich das Thema „funktionales Training“ intensiv und verglich meine Ergebnisse mit denen einiger „Gurus“ in den USA, Spanien, der Schweiz, in Deutschland, Slowenien und Italien.

Funktionales Training verändert Ihr Leben. Nicht Ihr sportliches Leben, das sich auf die Suche nach der optimalen Leistung konzentriert und dementsprechend auf Hypertrophie und supertrainierte Körper. Funktionales Training bewirkt einfach nur, dass Menschen sich besser fühlen, sodass sie aktiver, stärker und „tougher“ werden. In nur wenigen Wochen werden Sie feststellen, dass Ihre Gesundheit sich verändert, dass Ihre körperliche Leistungsfähigkeit und Ihr Wohlbefinden, das Sie heute genießen, neue Höhen erreicht haben. All dies ist das Ergebnis einer Optimierung der Faktoren, die zum Aufbau eines neuen Körpers beitragen. Es geht nicht nur darum, besser trainierte Muskeln zu haben: Sie werden zum ersten Mal das bewusste Gefühl haben, „effizient“ zu sein.

Ihr Körper wird zum maßgeschneiderten Outfit: der beste Ort, in dem man leben kann.

1 KAPITEL

DER BEWEGUNGSAPPARAT

Jedes Mal, wenn wir über eine sportliche Aktivität nachdenken, verbinden wir damit den Begriff der Bewegung.

Dieser Prozess ist so weit verbreitet und natürlich, dass wir nicht über seine zugrunde liegende Ursache, d. h. die Frage nach dem „Warum?”, nachdenken. Während der Kurse fragen mich die Schüler, die Interesse und Leidenschaft am Training haben, manchmal, warum es notwendig ist, über Dinge Bescheid zu wissen, die keine offensichtliche Verbindung mit einer Horizontalbank oder einer Kniebeuge aufweisen.

Die Antwort lautet, dass es sich bei Gymnastik im weitesten Sinne um eine empirische Wissenschaft handelt. Sie hat wissenschaftliche Grundlagen, die alle sportlichen Übungen im Fitnessstudio oder im Freien beeinflussen. Aus diesem Grund werden Sie neben verschiedenen Definitionen häufig Beispiele finden, die zurück in die Praxis verweisen.

Der Bewegungsapparat ist die Struktur, die es dem Menschen ermöglicht, sich in Bezug zum Raum und zur Außenwelt zu bewegen. Für praktische Zwecke wird der Bewegungsapparat in einen aktiven und in einen passiven Teil unterteilt. Der erstgenannte Teil besteht aus Muskeln, Sehnen und Bändern, der letztgenannte aus Knochen und Gelenken. Lassen Sie sie mich kurz vorstellen.

Der Begriff Muskel stammt vom lateinischen musculus (von mus, „Ratte“, da einige Bewegungen an die schnellen Bewegungen von Ratten erinnern) ab und bezeichnet ein Organ aus biologischem Gewebe mit der Fähigkeit, sich zusammenzuziehen.

■ glatte oder unwillkürliche Muskeln,
die durch das autonome Nervensystem gesteuert werden; sie umhüllen die Wände mehrerer Organe und körperlicher Systeme und ermöglichen oder verbessern durch ihre Kontraktion deren Funktionalität.

■ quer gestreifte Skelett- oder willkürliche Muskeln,
die durch das zentrale Nervensystem gesteuert werden; sie umhüllen das Skelett und bestimmen durch ihre Kontraktion (Verkürzung) die Bewegung der Knochenhebel.

Eine besondere Art der quer gestreiften Muskulatur ist der Herzmuskel, der durch das autonome Nervensystem gesteuert wird.

Sehnen sind Bindegewebebänder mit schlechter Elastizität, deren Funktion darin besteht, die Muskeln an den Knochen zu verankern. Sie haben die Aufgabe, Spannung von den Muskeln auf die Knochenhebel zu übertragen und damit deren Bewegung zu ermöglichen.

Bänder sind Bindegewebsbündel mit unterschiedlichen Anteilen an Kollagenfasern, die die Knochen an den Gelenken miteinander verbinden. Der Zweck der Bänder besteht darin, die Gelenkbewegung dort zu begrenzen, wo, sollte sie sich fortsetzen, die Gefahr von Schäden bestünde (so stützen z. B. die Innen- und Außenbänder des Knies die vorderen und hinteren Kreuzbänder dahin gehend, dass sie die Innen- und Außenrotation des Kniegelenks so begrenzen, dass Beschädigungen dieses Gelenks vermieden werden).

Bei Knochen handelt es sich um spezialisiertes Gewebe mit hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit. Die Knochen lassen sich unterteilen in:

■ lange Knochen (Humerus, Femur, Tibia, Radius), die aus einem länglichen Körper, der sogenannten Diaphyse, und aus einem Endstück, der sogenannten Epiphyse, bestehen; sie sind für „grobe“ Bewegungen, die durch weite Ausweichbewegungen des Gelenks nach außen gekennzeichnet sind, verantwortlich;

■ kurze Knochen (Wirbel), die einen ähnlichen Durchmesser in allen drei Raumdimensionen aufweisen;

■ unregelmäßige Knochen (Gesichtsknochen, die Kniescheibe), deren Kennzeichen variable Abmessungen und Formen sind;

■ flache Knochen (Becken, Brustbein, Schädel), deren Funktion der Schutz der inneren Organe ist.

Lassen Sie sich durch die Platzierung des Knochengewebes im passiven Teil des Bewegungsapparats nicht irreführen. Beim Knochen handelt es sich um ein sehr aktives und dynamisches Gewebe. In der Tat unterliegen Knochen von Geburt an einem Umbauprozess, der in der Abwechslung und Überlappung kataboler und anaboler Phasen besteht: katabole Phasen, hervorgerufen durch Mikroorganellen, sogenannte Osteoklasten, und Aufbauphasen, die durch andere spezialisierte Zellen, die sogenannten Osteoblasten, aktiviert werden. Der Input für eine erhöhte Aktivität der Knochengewebssynthese wird durch den sogenannten piezoelektrischen Effekt gegeben.

Worin besteht dieser Effekt? Die Kompression von Knochensegmenten während motorischer Aktivitäten erzeugt eine elektrische Depolarisation der Knochenmembran an den Belastungspunkten, mit einer größeren lokalen Aufforderung zur rekonstruktiven Aktivität der Osteoblasten. Dies erklärt, warum Krafttraining, wie mehrere Studien gezeigt haben, eine hervorragende Maßnahme zur Bekämpfung von Osteoporose darstellt.

Gelenke sind die Verbindungsnaben zwischen zwei oder mehreren Knochensegmenten, um die sich die Knochen drehen.

Gemäß ihrer Konfiguration und dem Grad ihrer Beweglichkeit können Gelenke wie folgt klassifiziert

■ Synarthrosen: Sie sind fixierte, fibröse Gelenke mit geringer oder gar keiner Bewegungsmöglichkeit.

■ Diarthrosen: Sie sind bewegliche, sogenannte Synovialgelenke, die in der Lage sind, sich in größerem Ausmaß zu bewegen. Die bedeutendsten sind, was den Bewegungsumfang angeht, die Enarthrosen (Schulter und Hüfte) mit sphärisch geformten, multiaxialen Gelenkoberflächen.

Der Klarheit wegen habe ich die unterschiedlichen Muskelaktionen vereinfacht und die technische Definition in Klammern hinzugefügt.

■ Flexion (Beugung): Wenn zwei Knochensegmente sich aufeinander zubewegen (der bewegliche Teil zieht sich von der horizontalen Ebene weg). Beispiel: M. biceps bracchii, M. biceps femoris.

■ Extension (Streckung): Wenn zwei Knochensegmente sich voneinander wegbewegen (der bewegliche Teil rückt näher zur horizontalen Ebene hin). Beispiel: M. triceps brachii, M. quadriceps femoris.

■ Adduktion (Heranziehung): Wenn ein Knochensegment sich zur Median-Sagittal-Linie bewegt (der bewegliche Teil rückt zur Sagittalebene). Beispiel: Oberschenkeladduktorengruppe.

■ Abduktion (Wegführung, Abspreizung): Wenn ein Knochensegment sich von der Median-Sagittal-Linie wegbewegt (der bewegliche Teil bewegt sich von der Median-Sagittal-Ebene weg). Beispiele: M. glutaeus minimus und medius, M. tensor fasciae latae, M. deltoideus.

■ Innenrotation: Drehung eines Knochensegments in medialer Richtung, also nach innen (Bewegung in Richtung der vorderen Frontalebene).

■ Außenrotation: Drehung eines Knochensegments in lateraler Richtung, d. h. nach außen (Bewegung in Richtung der hinteren Frontalebene).

Jeder Muskel führt mehrere Aktionen aus, die unterschieden werden müssen, um die Übungen und ihre Ausführung besser zu definieren. So finden z. B. Flexion und Extension statt, wenn Gliedmaßen kein Gewicht tragen. Andererseits findet eine Beugung statt, wenn Gliedmaßen, wie bei einem Liegestütz, Gewicht tragen. Wir können daher feststellen, dass das, was gemeinhin als „Armflexion“ bezeichnet wird, korrekter als „Armbeugung“ definiert werden sollte.

Auf der Grundlage der Rolle, die sie bei der Bewegung spielen, lassen sich Muskeln folgendermaßen differenzieren:

■ Agonistische Muskeln: Sie spielen bei einer bestimmten Aktion die Hauptrolle. Beispiel: die Brustmuskeln beim horizontalen Bankdrücken.

■ Antagonistische Muskeln: Sie spielen bei derselben Aktion eine den agonistischen Muskeln entgegengesetzte Rolle. Beispiel: der M. trapezius beim horizontalen Bankdrücken.

■ Synergistische Muskeln (vom griechischen sun-ergo, „zusammenarbeiten“): Sie unterstützen die agonistischen Muskeln. Beispiele: der M. triceps und die vorderen Deltamuskeln beim horizontalen Bankdrücken.

■ Neutralisierende Muskeln (Stabilisatoren): Sie stabilisieren ein Knochensegment und ermöglichen anderen Muskeln die Ausführung einer bestimmten Aktion.

■ Fixierende Muskeln: Sie arbeiten als Stabilisatoren, haben aber noch eine weitere Aufgabe: Sie blockieren ein Segment in der für eine Bewegung oder Aktion geeigneten Position. Beispiele: der M. pectoralis und der M. latissimus dorsi bei Barrenübungen.

Die Muskel-Gelenk-Funktion wird in Fitnessstudios meist nur wenig beachtet oder sogar vollkommen ignoriert.

Dennoch ist die Muskel-Gelenk-Funktion von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis, wie man verschiedene Trainingsmethoden vermitteln sollte. Die Muskel-Gelenk-Funktion lässt sich definieren als:

■ eingelenkig, d. h. die Muskeln, die nur ein Gelenk kontrollieren, das heißt, sie setzen an Knochenhebeln an, die nur durch ein Gelenk miteinander verbunden sind;

■ zwei- oder mehrgelenkig, d. h. die Muskeln, die über zwei oder mehr Gelenke verlaufen.

Damit Sie die Bedeutung dieser Unterscheidung verstehen, muss ich Sie daran erinnern, dass ein zweigelenkiger Muskel mit zweigelenkigen Bewegungen stimuliert werden muss, damit er umfassend trainiert wird.

Das häufigste Beispiel ist der M. biceps brachii, der zwar ein zweigelenkiger Muskel ist, aber in der Regel mit eingelenkigen Bewegungen trainiert wird, indem der Oberarm fest gegen den Rumpf gehalten wird, während sich lediglich der Unterarm bewegt. Um es deutlich zu machen: Die eingelenkige Bewegung ist in diesem Fall zwar nicht falsch, aber dennoch unvollständig.

■ Elastizität: die Fähigkeit des Muskelgewebes, sich aus der Dehnposition wieder auf die ursprüngliche Länge zu verkürzen (der Zeitfaktor muss auch berücksichtigt werden).

■ Muskeltonus: eine elektrische Botschaft von sehr geringer Intensität, die stets, selbst im Ruhezustand, im Muskel vorhanden ist.

Lassen Sie mich einen sehr häufigen Fehler erwähnen. So wird das Stretching oft als ein Training bezeichnet, das dazu dient, den Muskel zu dehnen. In Wirklichkeit geht es beim Stretching um viel mehr, nämlich um:

Außerdem wurde bereits vor mehreren Jahren das Konzept des analytischen Stretchings, d. h. des Stretchings eines einzelnen Muskels oder Gelenksegments, vom sogenannten systemischen Stretching, bei dem es um längere Muskel- und Gelenkketten geht, abgelöst.

■ das die Muskeln bedeckende Bindegewebe, das weniger dehnbar ist als die Muskeln, wenn man vom Stretching eines Muskels spricht, wird das Ausmaß des Stretchings daher erheblich von der Elastizität des ihn umgebenden Gewebes beeinflusst.

Die Biomechanik ist die Wissenschaft, die die Gesetze mechanischer Aktionen in lebenden Systemen untersucht.

Die Sportbiomechanik untersucht die menschliche Bewegung bei körperlichen Aktivitäten.

Das Studium der Biomechanik ist für die Beschäftigung mit jeder beliebigen motorischen (und damit auch sportlichen) Aktivität wichtig, um Folgendes zu identifizieren:

Hebel im Gleichgewicht

Ein Hebel ist ein einfaches Gerät, bestehend aus einem starren Segment, das an einem festen Punkt, dem sogenannten Drehpunkt (F), befestigt ist, auf den zwei Kräfte von gleicher Stärke, aber entgegengesetzten Richtungen einwirken, der sogenannte Kraftaufwand (E) und der Widerstand (R).

Der Abstand vom Drehpunkt bis zu dem Punkt, an dem der Widerstand ansetzt, wird Widerstandsarm (Ra) genannt; der Abstand vom Drehpunkt bis zu dem Punkt, an dem der Kraftaufwand ansetzt, wird Kraftarm (Ea) genannt.

Ein Hebel ist negativ, wenn der Widerstandsarm größer als der Kraftarm ist.

Ein Hebel ist positiv, wenn der Kraftarm größer als der Widerstandsarm ist.

■ Der Widerstand besteht aus dem Gewicht (der Last), das (die) auf die unterschiedlichen Hebel einwirkt.

■ Der Krafteinsatz besteht aus den Muskeln, die sich der Aktion des Gewichts entgegensetzen.

Der Angriffspunkt des Widerstands (von dem der Widerstandsarm ausgeht) ist der Berührungspunkt zwischen dem Gewicht und dem Bewegungsapparat. Der Angriffspunkt der Kraft (von dem der Kraftarm ausgeht) ist dort, wo der Muskel am einbezogenen Knochensegment ansetzt. Es gibt drei Arten von Hebeln im menschlichen Körper, entsprechend der Verteilung der Kräfte und dem Drehpunkt, um den herum die verschiedenen Knochensegmente aufgehängt sind:

Wie der Name sagt, befindet sich der Drehpunkt stets zwischen zwischen der Kraft und dem Widerstand. Wie wir gesehen haben, ist ein Hebel positiv, negativ oder im Gleichgewicht, je nachdem, ob der Kraftarm größer als, kleiner als oder genauso groß wie der Widerstandsarm ist.

Von seinem Namen lässt sich ableiten, dass der Widerstand sich immer zwischen dem Drehpunkt und dem Kraftarm befindet. Der Widerstandsarm wird daher stets kleiner als der Kraftarm sein. Der Hebel ist stets positiv.

Es trifft dieselbe Logik zu: Die Kraft wirkt stets zwischen dem Drehpunkt und dem Widerstand. Der Widerstandsarm ist daher immer größer als der Kraftarm. Der Hebel ist negativ.

Der Großteil der organischen Hebel, zumindest, was die langen Knochen (d. h. großen Bewegungen) betrifft, ist vom Typ 3. Unser Körper hat sich daher für ein Übergewicht der negativen Hebel entschieden. Warum? Da diese Art von Hebeln, trotz des Nachteils in Bezug auf die Kraft, ausladendere und größere Gelenkbewegungen mit hohen Geschwindigkeiten ermöglicht. Praktisch formuliert, hat sich die Evolution für höhere Geschwindigkeiten entschieden (behalten wir diese Eigenschaften im Hinterkopf).

2 KAPITEL

ENERGIESYSTEME

Das Leben auf der Erde hat sich entlang der Energiestraße entwickelt, deren Meilensteine ein wirtschaftlicher Verbrauch und eine leichte Energieversorgung sind. Alle mittlerweile (nicht durch die Intervention des Menschen) ausgestorbenen lebendigen Organismen waren ineffiziente und daher äußerst verschwenderische Energiesysteme. Zu leben, den Körper funktionsfähig zu machen und Aktionen jeder Art auszuführen, erfordert Energie. Energie lässt sich definieren als die Fähigkeit zur Durchführung einer Aufgabe. Vor allem Muskeln sind chemodynamische Maschinen, das heißt, sie funktionieren durch chemische Reaktionen.

Zur Vermittlung eines Konzepts ist es sinnvoll, es in Bilder zu verwandeln, um es so weit wie möglich zu vereinfachen. Ich möchte Sie daher bitten, sich ein Auto vorzustellen. Die Automarke heißt Mensch. Der Kraftstoff dieses Autos ist ATP. Dieser universelle Kraftstoff der menschlichen Maschine (sein Benzin) ist ein Molekül mit einem hohen Gehalt an chemischer Energie: Adenosintriphosphat oder einfach ATP.

Unsere Zellen verbrennen kontinuierlich ATP und synthetisieren kontinuierlich neues ATP, um die Energieversorgung aufrechtzuerhalten.

Die „Verbrennung“ des Benzins in der menschlichen Maschine beruht auf der folgenden Reaktion:

Das Enzym Adenosintriphosphatase katalysiert die Reaktion (Enzyme sind Substanzen, die die Schnelligkeit biochemischer Reaktionen katalysieren, d. h. beeinflussen).

Der in den Zellen vorhandene ATP-Vorrat ermöglicht es Ihnen, nur wenige Sekunden lang zu arbeiten. Wie gelingt es, die Arbeit über die Zeit fortzusetzen? Durch das Aktivieren von Ad-hoc-Energiesystemen mit dem Ziel, ATP herzustellen und damit Energie entsprechend der Intensität und Dauer der erforderlichen Aktivität zu erzeugen. Die Intensität und Dauer können nicht Hand in Hand gehen, es handelt sich um zwei Parameter, die sich umgekehrt proportional verhalten. Je höher die Intensität (d. h. Energiebedarf) einer Aktivität, desto kürzer ist diese Aktivität. Umgekehrt ermöglicht eine geringere Intensität eine längere Aktivitätsdauer. Denken Sie an den Sprint: Sie können 100 m sehr schnell laufen, aber Sie können dieselbe Geschwindigkeit nicht über beispielsweise 3.000 m aufrechterhalten.

Auto: Mensch

Modell: Formel 1

Treibstoff: ATP + CP

Dieses System kommt zum Einsatz, wenn eine sofortige Energieversorgung für eine hochintensive, aber kurzdauernde Belastung von 0-20 s benötigt wird (optimal um etwa 13 s).

Anaerob bedeutet, dass kein Sauerstoff vorhanden ist; alaktazid bedeutet, dass keine Milchsäure gebildet wird.

Es bedarf eines Prozesses namens Phosphorillierung: Das Energieniveau einer Substanz wird dadurch gesteigert, dass sie an eine Phosphorgruppe gebunden wird.

Wie wird die Energie bereitgestellt? Gehen wir einen Schritt zurück zur Basisreaktion:

Wir haben vom Abbau des ATP zu ADP gesprochen. Auf dieser Stufe wird ATP durch Kreatinphosphat (CP) wieder aufgeladen. CP stellt Energie nicht direkt bereit, sondern unterstützt das ADP, indem es dieses in ATP zurückverwandelt, wodurch die Fortsetzung der oben beschriebenen Reaktion ermöglicht wird.

Die CP-Konzentration im Muskel ist 4-6 x höher als die ATP-Konzentration. Dies ermöglicht es, dass die Energieversorgung ein wenig länger dauert als bei ausschließlicher Verwendung des ATP-Vorrats.

Beispiele sportlicher Aktivitäten: 60-100-m-Sprint, Weitsprung, Hochsprung, Krafttraining.

Auto: Mensch

Modell: Turbo-Diesel-Limousine

Treibstoff: Glykogen/ATP

Auf dieses System wird bei Leistungen zurückgegriffen, die eine hohe Energiezufuhr über eine mittlere oder kurze Dauer erfordern. Noch einmal zur Analyse des Namens. Anaerob bedeutet, wie wir gesehen haben, „in Abwesenheit von Sauerstoff“; laktazid bedeutet, dass Milchsäure, oder richtiger, Laktat, anfällt. Die ATP-Moleküle werden innerhalb der Muskeln und in der Leber in Form eines komplexen Zuckers, eines tierischen Polysaccharids, gespeichert, des Glykogens (man kann sich buchstäblich Dieselkraftstoff vorstellen). ATP entsteht durch den Abbau von Glykogen zu Glukose, wobei Brenztraubensäure und anschließend Milchsäure gebildet wird.

Er erlaubt eine hochintensive bis mittlere Aktivität, bei einer Dauer von 20 s bis 2 min (das Optimum liegt bei 30-40 s).

Verglichen mit dem vorhergehenden System ist für die Energiebereitstellung mehr Zeit erforderlich. Dies ist auf die 10 chemischen Reaktionen zurückzuführen, die zum Abbau der Moleküle notwendig sind.

Die Energie wird in folgenden Schritten aus dem Muskelglykogen und der Leberglukose freigesetzt:

Aus dem Abbau eines Glukosemoleküls in Pyruvatsäure werden zwei ATP-Moleküle gebildet.

Da es sich hierbei um eine hochintensive Aktivität mit geringem Sauerstoffverbrauch handelt, entsteht in den Muskeln eine sehr säurehaltige Umgebung. Die Pyruvatsäure verbindet sich mit zwei überschüssigen H+-Ionen, wodurch sie sich in Milchsäure verwandelt.

Wenn die Laktatbildung übermäßig hoch wird, wird die kontraktile Fähigkeit der Muskeln eingeschränkt (Hypoxie).

Worin besteht das Schicksal der Milchsäure? Nach Beendigung der Aktivität wird sie zum Teil als Brennstoff verwendet, jedoch zum größten Teil in Pyruvatsäure zurückverwandelt und in den Muskeln wieder als Muskel- und Leberglykogen gespeichert (Cori-Zyklus).

2.4 DAS AEROBE SYSTEM (AEROBE CLYKOLYSE ODER OXIDATIVE PHOSPHORILLIERUNG IN DEN MITOCHONDRIEN)

Auto: Mensch

Modell: Mehrzweckfahrzeug

Treibstoff: Makronährstoffe/ATP

Dieses System wird für alle Aktivitäten verwendet, die von sehr niedriger bis mittlerer Intensität sind und einige Minuten bis einige Stunden dauern. Schauen wir uns das Ganze genauer an.

Jenseits der 2-min-Marke ermöglicht nur noch die Anwesenheit von Sauerstoff die Umwandlung von Glukose. Wenn die Aktivität länger dauert, beginnt das System, die Prozesse zu aktivieren, die zur Nutzung der Fettspeicher führen. Im Vergleich zu Kohlenhydraten besteht bei Fetten ein ungünstigeres Verhältnis zwischen Wasserstoff und Sauerstoff, und dies erklärt die Notwendigkeit, Sauerstoff von außen aufzunehmen, um sie zu verstoffwechseln. Proteine liefern ebenfalls Energie in diesem System, aber zu einem geringeren Prozentsatz (3-5 %). Dieser Prozess, der auch oxidative Phosphorillierung genannt wird, findet in den Mitochondrien, den Mini-Kraftwerken der Zelle, statt. Der Beginn ist ähnlich wie beim vorhergehenden System:

Da es sich hierbei um eine Aktivität mit geringer Intensität handelt, wird die Brenztraubensäure in das Acetyl-Coenzym A umgewandelt und in die Mitochondrien übertragen, wo sie in den Krebszyklus eintritt. Der Krebszyklus ähnelt einem Stoffwechsel-„Ofen“, in dem das Glukosemolekül vollständig abgebaut wird, wodurch 36 Moleküle ATP, Kohlendioxid und Wassermoleküle entstehen.

Um ATP, also Energie, zu erzeugen, benötigt das aerobe System Wasserstoff. Dieser wird durch den Krebszyklus bereitgestellt, wobei die Oxidation (d. h. die Entfernung von Wasserstoff) von aus Lebensmitteln abgeleiteten Verbindungen ausgenutzt wird. Der Wasserstoff wird dann über NAD (Nicotinamid-Nukleotide) und FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotide) zur Atmungskette bis zum letzten Akzeptor, Sauerstoff, transportiert, wodurch Wasser erzeugt wird.

1. der zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlendioxid führende Abbau von Substraten (Krebszyklus);

Der grundlegende von unserem Körper verwendete Mechanismus ist das aerobe System. Alle Aktivitäten in unserem normalen Alltagsleben finden mit niedriger Intensität statt und erfordern keine große Menge an Energie, was bedeutet, dass dieses System allen täglichen Anforderungen bequem gerecht werden kann. Wann immer ein intensiverer, über die Fähigkeit des aeroben Systems hinausgehender Einsatz erforderlich ist, werden die anaeroben Systeme zusätzlich zum aeroben System mobilisiert.

Es ist wichtig, zu verstehen, dass die drei Energiesysteme sich bei der Energieversorgung nicht wie bei einer Staffel abwechseln: In den ersten paar Sekunden ist das synthetisierte ATP aktiv, dann geht der Staffelstab an das anaerob-alaktazide System über, das ihn seinerseits an das anaerob-alaktazide System weitergibt. Stattdessen arbeiten die drei Systeme zusammen bzw. parallel, aber in unterschiedlichen Prozentsätzen nach der Art der Belastung, ihrer Dauer und dem damit verbundenen Energiebedarf.

Die mit den Begriffen VO₂max, anaerobe Schwelle und Sauerstoffschuld verbundenen Konzepte sind wichtig.

Die VO₂max oder maximale aerobe Leistung ist, praktisch ausgedrückt, die maximale Kapazität des Organismus für die Synthese von ATP unter ausschließlicher Verwendung des aeroben Systems. Es wurde jedoch beobachtet, dass diese Größe eher das Ergebnis einer theoretischen Berechnung ist, als etwas, das im Labor oder, noch schwieriger, im wirklichen Leben reproduzierbar ist. Ein Sportler ist nicht in der Lage, eine der VO₂max entsprechende Belastung länger als 10 min durchzuhalten. Warum? Neben einer langen Liste von Faktoren - meist genetischer Art -, die diese Größe beeinflussen, wurde experimentell beobachtet, dass der Körper weit vor Erreichen dieser Grenze beginnt, Milchsäure zu produzieren. Aus diesem Grund ist zumindest im Fitnesstraining das Konzept der anaeroben Schwelle immer wichtiger geworden.

Die anaerobe Schwelle ist der maximale Grad der körperlichen Anstrengung, die der Organismus ohne Anfall von Laktat im Blut aufrechtzuerhalten in der Lage ist. Oberhalb der Herzfrequenz, die der anaeroben Schwelle entspricht, beginnt der Organismus, Milchsäure anzuhäufen, da er diese nicht so schnell abbauen kann, wie sie erzeugt wird. Das Ergebnis ist eine schnelle Ermüdung.

Die Sauerstoffschuld ist die erhöhte Aufnahme von Sauerstoff, die erforderlich ist, um die überschüssige (durch die erhöhte Synthese von ATP erzeugte) Milchsäure, die als Ergebnis der Bewegung unter anaeroben Bedingungen gebildet wurde, zu entfernen. Was bedeutet das? Wir haben gesehen, dass der Beginn einer motorischen Aktivität zu einem gesteigerten Energiebedarf des Körpers führt. Zu Beginn steht das aerobe System nicht sofort zur Verfügung, es sei denn, die Aktivität ist von sehr geringer Intensität.

Der Körper bittet daher die anaeroben Systeme sozusagen um Hilfe und geht dabei eine Schuld mit ihnen ein. Die entstandenen Schulden sind umso größer, je höher die Intensität der durchgeführten Aktivität ist. Sobald die Belastung vorbei ist, „begleicht“ der Körper die Schulden, indem er die Sauerstoffaufnahme von außen erhöht, um die Wiederherstellung von Phosphaten und die Entfernung der Milchsäure zu ermöglichen.

Sie absolvieren einen Spurt oder Sprint über 20-30 s. Dann stoppen Sie. Was tun Sie? Sie schnappen nach Luft. Sie neigen den Oberkörper nach vorne, legen die Hände auf die Knie, um die Aufnahmefähigkeit des Brustkorbs zu steigern, Sie atmen so viel Sauerstoff wie möglich aus der Umgebungsluft ein. Dies bedeutet eine erhöhte Sauerstoffaufnahme.

Jede Belastung, die eine Energieentwicklung erfordert, die über der VO₂max liegt, wird als supramaximal definiert.

Eine Sauerstoffschuld kann auch als Folge einer supramaximalen Belastung der Muskeln anfallen; die oxidative Maschine greift auch in diesem Fall am Ende der Belastung ein, aber in der anschließenden Erholungsphase übersteigt die Schuldenzahlung die Höhe des Defizits (die angefallenen Schulden). Es ist, als ob Sie Ihre Schulden mit Zinsen zurückzahlen würden.

Margaria, R. (1938)² hat gezeigt, dass die Sauerstoffverbrauchskurve während der Erholung in vier Komponenten unterteilt werden kann:

1. Konstante Komponente: hängt vom Stoffwechsel der jeweiligen Person in Ruhe ab.

2. Schnelle Komponente: Bezahlung des alaktaziden Anteils der Schuld mit abnehmender Schnelligkeit; Laktat halbiert sich alle 30 s.

3. Langsame Komponente: Bezahlung der laktaziden Schuld mit langsam abnehmender Schnelligkeit aufgrund der Energiekosten der erneut stattfindenden Glykogensynthese aus der Milchsäure.

4. Langsame, lang dauernde Komponente: wird der Reizwirkung der Belastung auf den Ruhestoffwechsel zugeschrieben.

Studien zeigen, dass die Stoffwechselaktivität über eine längere Zeit umso höher ist, je intensiver die Belastung ist, um die Schulden auszugleichen.

Vor Kurzem wurde das Konzept der Sauerstoffschuld in das breitere EPOC-Konzept integriert (EPOC = Excess Post-Exercise Oxygen Consumption = übermäßiger Sauerstoffverbrauch nach der Belastung). Das EPOC-Konzept umfasst nicht nur die Sauerstoffschuld an sich, sondern auch die von ihr abhängenden Domino-Effekt-Anpassungen:

2 Margaria, R. (1938). Sulla fisiologia e specialmente sul consumo energetico della marcia e della corsa a varia velocità ed inclinazione del terreno, in Atti Accademia Nazionale dei Lincei 7, 299-368.

3 KAPITEL

MUSKELKONTRAKTION

In den vorangegangenen Kapiteln wurden der Bewegungsapparat und die Energiesysteme beschrieben, durch die der Körper Energie für die Bewegung gewinnt.

Wir richten unsere Aufmerksamkeit nun auf die Muskeln, insbesondere auf die Summe der Ereignisse, die zur Muskelkontraktion führen, und auf die Phänomene, die diese auslösen.

1. Das Zentralnervensystem (ZNS): Es besteht aus dem Gehirn, dem Kleinhirn und dem Rückenmark. Von hier wird über einen Nervenimpuls die willkürliche Muskelkontraktion ausgelöst.

2. Die Antriebseinheiten: Sie bestehen aus einem Körper (Soma), dem sogenannten Motoneuron; einem elektrischen Kabel, dem sogenannten Axon (einschließlich einer isolierenden Substanz, der Myelinscheide), und den vom Axon ausgehenden Muskelfasern. Die Aufgabe der Antriebseinheiten besteht darin, den Nervenreiz vom ZNS zum Muskel zu transportieren. Der Bewegungsreiz erreicht den Muskel von der Antriebseinheit über einen Neurotransmitter, d. h. über eine Substanz, das sogenannte Acetylcholin (ACh), die einen Nervenimpuls sendet.

3. Die Muskeln: Jeder Muskel besteht aus einem Muskelbauch, der von einer Scheide aus Bindegewebe, dem sogenannten Epimysium, umgeben ist.

■ Muskelfasern. Innerhalb des Muskels gibt es Gruppen von Fasern, die zu Primärscheiden oder Faszikeln gebündelt und vom Perimysium ummantelt sind. Die Primärscheiden werden von Muskelfasern gebildet, die vom Epimysium ummantelt sind; die Muskelfasern bestehen ihrerseits aus Myofibrillen und sind vom Endomysium ummantelt.

Durch ein Elektronenmikroskop betrachtet, erscheinen die Myofibrillen als lange Filamente, die durch dunklere Streifen in Kompartimente unterteilt sind. Man könnte die Myofibrillen mit einem Zug vergleichen. Die einzelnen Waggons, die durch die Z-Bande definiert sind, werden Sarkomere genannt und stellen die wesentlichen kontraktilen Einheiten der Zelle dar. In jedem Waggon (Sarkomer) finden wir zwei wichtige regulatorische Proteine, die sich teilweise überlappen: Aktin (das dünner ist) und Myosin (größer, wie ein Ruder oder Golfschläger geformt). Wir finden auch zwei andere regulatorische Proteine, Troponin und Tropomyosin, die zwischen dem Aktin und Myosin angeordnet sind.

Skelettmuskelstruktur

Die willkürliche Muskelkontraktion wird im Gehirn ausgelöst, läuft durch das Kleinhirn (Vermittler der Bewegung, mit der Aufgabe, sie flüssig und koordiniert zu machen) und erreicht das Rückenmark. Aus dem Rückenmark provozieren die Antriebseinheiten durch die Freisetzung von Acetylcholin die Ausschüttung von Kalziumionen aus kleinen Zisternen, den sogenannten T-förmigen Röhren. Die Kalziumionen verbinden sich mit Tropomyosin und Troponin und heben deren hemmende Wirkung auf Aktin und Myosin auf. Auf dieser Stufe kommen die beiden wichtigsten regulatorischen Proteine miteinander in Kontakt: Die Myosinköpfe heften sich in Gegenwart von ATP an Aktin, ziehen daran und bewirken, dass es über sie hinweggleitet. Dieser Gleitprozess, der auf jedes Sarkomer innerhalb des Muskels angewandt wird, bewirkt dessen Verkürzung bzw. Kontraktion (Huxleys Myofilament-Gleittheorie).

Aktin und Myosin

Es gibt vor allem zwei Muskelfasertypen mit sehr unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften.

■ Typ-I-Fasern oder rote Fasern oder langsam zuckende Fasern.
Sie sind von geringer Größe und reich an Mitochondrien, erzeugen geringe Spannungen, sind jedoch sehr ausdauernd.

■ Typ-II-Fasern oder weiße Fasern oder schnell zuckende Fasern.
Sie sind größer, erzeugen hohe Spannungen, aber nur für eine kurze Zeit, hypertrophieren sehr leicht und sind unterteilt in zwei Untergruppen: IIx und IIa.

1. Ilx-Fasern sind als reine weiße Fasern und auch als schnelle glykolytische Fasern bekannt, mit sehr wenig Mitochondrien, hoher Spannungsfähigkeit und sehr begrenzter Ausdauer.

2. Ila-Fasern oder schnelle oxidative glykolytische Fasern werden auch intermediäre Fasern genannt, da sie einige Eigenschaften sowohl der roten als auch der weißen Fasern teilen: einen hohen Prozentanteil an Mitochondrien, eine hohe Spannungsfähigkeit und eine moderate Ausdauer.

Der Prozentanteil der Fasern, die einen bestimmten Muskel innervieren, deutet auch auf die Art des für ihn geeigneten Trainings hin. Wenn zum Beispiel Hypertrophie das Ziel ist, muss ein Muskel mit einem hohen Prozentsatz an weißen Fasern mit hohen Belastungen, wenig Wiederholungen, maximalen oder submaximalen Spannungen und langen Erholungszeiten trainiert werden. Im Gegensatz dazu muss ein Muskel mit einem hohen Anteil an roten Fasern mit geringen Belastungen, einer mittleren/hohen Anzahl von Wiederholungen und deutlich submaximalen Spannungen, aber kontinuierlich und intensiv trainiert werden.

Aus diesem Grund kann eine Tabelle mit den statistischen prozentualen Anteilen der Muskelfasern innerhalb eines Muskels ausgezeichnete Hinweise für ein Trainingsprogramm liefern.

Tab. 1: Prozentanteil der unterschiedlichen Muskelfasern in einigen Muskeln

Die Muskelkontraktion wird definiert als das physiologische Mittel, durch das Muskelfasern rekrutiert werden, sobald die nervale Botschaft eingetroffen ist und eine ausreichende Menge an Energie vorhanden ist. Muskelkontraktionen teilen sich in zwei Gruppen: statische und dynamische Kontraktionen. Bei statischen Kontraktionen verändert der Muskel, auch wenn Spannung entwickelt wird, nicht seine Länge. Dynamische Kontraktionen gehen im Gegensatz dazu mit einer Änderung der Muskellänge Hand in Hand.

1. Statische (isometrische) Kontraktionen. Der Muskel entwickelt ein Maß an Spannung, das dem eingesetzten Widerstand gleich ist, verändert seine Länge nicht (d. h., der Abstand zwischen den Muskelansätzen bleibt unverändert) und erzeugt keinen Output (im physikalischen Sinn, was bedeutet, es gibt keine Verschiebung). Isometrische Kontraktionen können:

■ maximal sein: Spannung wird bei einer unbeweglichen Last entwickelt;

■ stationär sein: die Bewegung wird willkürlich unterbrochen.