Physiologie

Gesunde Sehnen: Basis für eine optimale Laufleistung

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Hochleistungssportler nutzen schon seit einigen Jahrzehnten die Plyometrie zur Leistungssteigerung. Aber leider achten viele Sportler und Sportlerinnen dabei zu wenig auf die Gesundheit ihrer Sehnen. So kommt es zu Verletzungen, die eigentlich vermeidbar wären. Keith Baar erklärt, wie und warum...

Bei Laufdisziplinen über 200 m ist der Erfolg in erster Linie davon abhängig, wer das Tempo am besten durchziehen kann oder – anders gesagt – wer die effizienteste und ökonomischste Lauftechnik hat. Hier besitzt Oscar Pistorius, der beidbeinig Unterschenkelamputierte Sprinter aus Südafrika, einen klaren Vorteil gegenüber nichtbehinderten Sportlern. Seine Cheetah-Prothesen aus Karbonfasern können bis zu 30 % mehr Energie speichern und wieder abgeben als gesunde Beine. Dies hat zur Folge, dass er im Laufe des Rennens weniger im Tempo nachlässt und bessere Leistungen erzielen kann. Von Oskar Pistorius können wir lernen, wie wichtig die Energierückgabe für die Laufökonomie und die Geschwindigkeit ist. Die entscheidende Frage für Sportler lautet daher, wie man diesbezüglich optimal trainieren und die Leistungsfähigkeit verbessern kann.


Das Prinzip der Muskelfedern

Um zu verstehen, wie die Energierückgabe funktioniert und wie sie sich maximieren lässt, sollten man sich folgendes klarmachen: Die Energierückgabe kann man als eine „Muskelfeder“ beschreiben. Wie bei einer Sprungfeder geht es hierbei nicht um die Erzeugung von Kraft. Stellen Sie sich ein Gewicht vor, das auf einer Feder liegt. Bei Ruhe findet hier keine Bewegung statt, denn eine Feder kann keine Energie produzieren. Wenn man auf das Gewicht Kraft ausübt und diese freisetzt, speichert die Sprungfeder diese Kraft in ihren Metallspulen und gibt sie ab, wenn sie entspannt wird. Hierbei wird jedoch nicht die gesamte Energie zurückgegeben. Ein kleiner Teil geht als Wärme verloren. Je steifer die Feder ist, desto weniger Energie geht verloren, und desto wirtschaftlicher ist die Feder.

Beim menschlichen Körper gilt das gleiche Prinzip. Nur sind hier die Sprungfedern nicht aus Stahl, sondern aus Muskeln und Sehnen. Im Zusammenspiel von beidem wird, wie bei einer Metallfeder, Energie gespeichert und abgegeben. Je größer die Festigkeit der so genannten Muskelfeder ist, desto mehr Energie wird gespeichert, und desto schneller und ökonomischer läuft der Sportler.

Dieser Effekt wurde von einer Gruppe französischer Wissenschaftler anschaulich demonstriert. Sie zeigten, dass die passive Festigkeit der Muskelfeder sowohl mit der von den Beinen erzeugten Maximalkraft, als auch mit der maximalen Laufgeschwindigkeit korreliert.(1) Dies lässt darauf schließen, dass eine maximale Leistung dann erfolgt, wenn die Muskelfedern eine größtmögliche Festigkeit aufweisen.

Im Gegensatz zu Metallfedern oder Cheetah-Prothesen ist die Festigkeit unserer Muskelfedern kurz- wie auch langfristig veränderbar. Auf kurze Sicht lässt sich die Festigkeit verbessern, indem man die Muskeln innerhalb der Feder aktiviert (Erhöhung der aktiven Festigkeit). Längerfristig gesehen führt das richtige Training zu mehr Festigkeit der Bestandteile unserer Federn (Verstärkung der passiven Festigkeit).


Die Bedingungen der Festigkeit

Anders als zu Oscar Pistorius haben die meisten von uns keine Metallfedern in den Beinen. Daher drängt sich die Frage auf, woraus unsere „Federn“ bestehen. Die Proteine Titin (im Muskelgewebe) und Kollagen (im Sehnengewebe) sind die biochemischen Bestandteile des Muskelfedersystems. Die Festigkeit dieser Proteine bestimmt die passive Festigkeit unserer Muskeln bzw. Sehnen.
Titin ist das größte Protein im menschlichen Körper. Es ist im Vergleich 10 bis 15-mal größer als Myosin, das Hauptprotein der Muskelfasern. 2 Titin-Proteinmoleküle verlaufen jeweils von einem Ende einer Muskeleinheit (Sarkomer) zum anderen. Jedes Titin-Protein hat einen „Feder“-Bereich, dessen Länge für die passive Festigkeit unserer Muskeln entscheidend ist.

Obwohl nur ein einziges Gen für die Bildung von Titin verantwortlich ist, gibt es viele unterschiedliche Formen dieses Muskelproteins. Es ist bei den schnellen Muskelfasern, die eine größere passive Festigkeit aufweisen, kürzer als bei den langsamen Muskelfasern. Allem Anschein nach können wir durch Training eine Verkürzung des Titins erreichen und somit die passive Festigkeit unserer Muskeln verstärken. Die Modifizierung der Größe des Titins erfolgt aufgrund einer veränderten Genausprägungen, die durch das Training hervorgerufen wird.
Kollagen ist das am meisten verbreitete Eiweiß im menschlichen Körper. Es ist u. a. Bestandteil von Knochen, Haut und Sehnen. Kollagen kommt in den Sehnen in Form von seilartigen Strukturen vor, die eine Verbindung zwischen Muskeln und Knochen bilden. Das Kollagen speichert Energie und sorgt für ihre Übertragung zwischen Muskeln und Knochen.


Das „Baby-Phänomen“

Im Gegensatz zum Titin kann das Kollagen in unseren Sehnen seine Form nicht durch Training verändern. Aber da das Kollagen dort so dicht „gepackt“ ist (es macht mehr als 75 % des Proteins der Sehne aus), hätte eine Erhöhung des Kollagengehalts in den Sehnen ohnehin wenig Auswirkung auf die Gesamtfestigkeit der Sehnen. Durch das Training wird jedoch die Anzahl der chemischen Querverbindungen zwischen den Kollagen-Molekülen erhöht.(2) Je mehr von diesen Querverbindungen vorhanden sind, desto fester wird die Sehne.(3) Mit dem Alter steigt die Vernetzung zwischen den Kollagen-Molekülen. Dies lässt sich an Babys erkennen. Diese können scheinbar mühelos ihre Zehen zum Mund führen, weil zwischen ihren Kollagen-Molekülen weniger Querverbindungen vorhanden sind, was dazu führt, dass sie sich gut strecken können.

Das langfristige Ziel eines „Sprungfedertrainings“ muss also sein, kürzere Titin-Moleküle zu bilden und mehr Querverbindungen zwischen den Kollagen-Molekülen zu schaffen, damit die Muskeln und Sehnen mehr passive Festigkeit erlangen. Die wichtige Frage für Sportler und Trainer lautet folglich, ob solche Veränderungen mithilfe eines Trainings erreicht werden können. Die Wissenschaft bejaht diese Frage. Ein 8-wöchiges Training bewirkt z. B. bei Basketballspielern – wie 2 Messungen der passiven Festigkeit zeigten – eine Verbesserung um rund 10 %. Dies wiederum führt zu einer besseren Sprungleistung.(4) Dies ist ein Beweis dafür, dass wir durch das richtige Training die Festigkeit unserer Sprungfedern verstärken können.



Leistungsvorteil durch Geschwindigkeit

Um einen realen Leistungsvorteil zu erreichen, muss die passive Festigkeit von Muskeln und Sehnen in Geschwindigkeit umgesetzt werden. Für diese Umwandlung müssen die Muskeln in der Sprungfeder zum richtigen Zeitpunkt aktiviert werden (Verstärkung der aktiven Festigkeit).

Wenn wir laufen, beginnt die Muskelkontraktion bereits bevor wir auf dem Boden aufkommen (s. Abb. 1). Dies ist wichtig, denn indem wir die Muskeln schon vor dem Landen kontrahieren, bewirken wir eine aktive Verstärkung der Festigkeit unserer Federn und damit eine maximale Speicherung und sportspezifische Freisetzung von Energie. Werden die Muskeln jedoch zu früh aktiviert, befindet sich der Fuß nicht in der richtigen Position, um Energie absorbieren zu können. Werden sie zu spät aktiviert, wird die Landeenergie nicht gespeichert, und wir müssen für die gleiche Laufgeschwindigkeit mehr Leistung aufbringen.

Abbildung 1: Kraft, Länge und elektrische Aktivität (EMG) im Muskel-Feder-System während des Laufens

Ideal ist es, wenn sich die Muskeln beim Laufen nicht verkürzen. Sie sollten stattdessen isometrisch kontrahieren (d. h. sich in der Länge nicht verändern). Unsere Muskelfeder sollte Energie speichern während sie länger wird und die Energie in Richtung Boden lenkt, um uns vorwärts zu treiben. Bei isometrischen Kontraktionen erzeugen unsere Muskeln mehr Kraft und verbrauchen weniger Energie, als wenn sie sich verkürzen. Dies sorgt für mehr Schnelligkeit und eine bessere Laufökonomie.

Da die Festigkeit der Muskelfeder durch präzise Muskelkontraktionen gesteuert wird, müssen wir unser Gehirn trainieren, wenn wir die aktive Festigkeit unserer Federn verbessern wollen. Um eine maximale Festigkeit unserer Sprungfedern und eine optimale Laufökonomie zu erreichen, muss das Gehirn die Aktivierung der einzelnen Muskeln genau koordinieren.
Beim Laufen kontrahiert der Wadenmuskel isometrisch, wenn der Fuß sich auf dem Boden befindet. Hierbei geht der Fuß von der gebeugten in die gestreckte Haltung über. Folglich kommt die Bewegung des Fußes durch das Strecken der Sehne und nicht durch die Verkürzung des Muskels zustande. Der Muskel muss eingeschaltet werden, bevor Sie auf dem Boden aufkommen (dies wird aus der Aufzeichnung der EMG-Aktivität ersichtlich). Die Muskelfeder wird so eingestellt und die Sehne so gespannt, dass möglichst viel Energie absorbiert werden kann.


Plyometrisches Training nutzen

Bei den bereits erwähnten Basketballspielern ergab sich nach dem 8-wöchigen Training eine verstärkte passive Festigkeit. Nicht jede Trainingsform hat aber diesen Effekt. Die besagte Studie zeigte, dass ein traditionelles Krafttraining nicht ausreicht, um die passive Federfestigkeit oder die Leistung der Probanden zu verbessern. Diese Festigkeit konnten nur diejenigen Teilnehmer verbessern, die sehr ruckartige muskelverlängernde Kontraktionen ausgeführt hatten. Ein Ruck ist die sprungartige Änderung der Beschleunigung. Und die ist bei schnellen verlängernden Kontraktionen oder plyometrischen Übungen am größten. Diese sind damit ideal zur Verbesserung der passive Festigkeit der Muskelfeder.

Wenn Sie plyometrische Übungen in Ihr Training einbauen wollen, beginnen Sie am besten mit dem Bergablaufen. Dabei erhöhen Sie bei jedem Aufsetzen des Fußes das Ausmaß und die Geschwindigkeit, mit der sich Ihre Muskeln und Sehnen verlängern müssen.

Als unmittelbare Folge des Bergablaufens kommt es zu einer geringfügigen Schädigung der Muskulatur. Innerhalb der nächsten 24–48 Stunden kann Muskelkater auftreten, da die Immunzellen in die Muskeln wandern und den Schaden reparieren. Doch nachdem die Zellen repariert worden sind, können die Muskeln und Sehnen die anschließenden Bergabläufe besser bewältigen und verstärkten mit der Zeit ihre passive Festigkeit. Dies geschieht höchstwahrscheinlich durch die Verkürzung des Titins.

Ballistische Übungen sind eine weitere Möglichkeit zur Verstärkung der passiven Festigkeit. Hierbei handelt es sich um Trainingsmethoden zur Entwicklung von Explosivkraft, bei denen der Ruck in den Beinen sehr heftig ist. Geeignete Übungen sind zum Beispiel Sprints, Seilspringen, große Sprünge (Bounding), Sprünge über den Kasten oder Hürden, Sprünge mit Anziehen der Knie und 5-Jump-Tests.

Bei diesen Übungen kommt es hauptsächlich auf die Schnelligkeit an. Entscheidend ist, nicht nur die Sprünge selbst möglichst schnell auszuführen, sondern auch so schnell wie möglich von einem Sprung zum nächsten überzugehen. Finnische Forscher wiesen nach, dass sich die 5-km-Zeit bei Elite-Querfeldeinläufern um 2,7 % verbesserte, nachdem bis zu 30 % des Ausdauertrainings durch ein derartiges Explosivkrafttraining ersetzt worden war.(6) Diese Leistungssteigerung ist vermutlich auf die verstärkte passive Festigkeit der Muskelfeder zurückzuführen, da sie mit einer besseren Laufökonomie korreliert.


Muskelaktivierung erhöhen: So geht´s

Eine der besten Methoden, mit denen man dem Gehirn antrainieren kann, die Muskeln schneller zu aktivieren, ist ein schnelleres Lauftempo. Dazu laufen Sie am besten einen Berg mit ganz leichtem Gefälle (~1–3 %) hinunter. Das Bergablaufen verbessert nicht nur die passive Festigkeit, sondern verstärkt gleichzeitig auch die aktive Festigkeit. Aufgrund des schnelleren Tempos muss das Gehirn das ursprüngliche Muster der Muskelaktivierung intensivieren.

Ganz entscheidend bei dieser Übung ist erstens, dass das Gefälle nicht zu groß ist, zweitens dass Sie sich aus den Hüften heraus nach vorne neigen und dass Sie drittens nicht zu große Schritte machen. Wenn man bergab läuft, neigt man dazu, die Schrittlänge zu vergrößern. Dies verhindert aber die gewünschte Anpassung im Gehirn. Abgesehen davon wirkt sich dieser Faktor auch negativ auf die Leistung aus. Denn eine zu große Schrittlänge – d. h. wenn der Fuß zu weit vor dem Körper aufgesetzt wird – führt zum Abbremsen des Bewegungsflusses und zu Energieverlust. Dieser Trainingsfehler ist jedoch vermeidbar. Weisen Sie als Trainer den Sportler darauf hin, dass er „seine Schrittlänge verkürzen“ bzw. darauf achten soll, dass er „nicht mehr als die vordere Hälfte des Fußes sehen darf, wenn er Richtung Boden schaut“.



Vorsicht, Verletzungsgefahr!

Bevor Sie mit dem plyometrischen Training beginnen, sollten Sie auch die Risiken bedenken, die solchen Übungen umfassen. Ruckartige Bewegungen gehören zu den härtesten Belastungen für das Muskel-Skelett-System. Infolgedessen kommt es bei Plyometrie-Übungen häufig zu Verletzungen, z. B. zu spinalen oder Knie-Kompressionen und einer Vielzahl von Sehnenverletzungen. Dazu kommt es vor allem, wenn die plyometrischen Übungen mit zusätzlichem Gewicht ausgeführt werden.(7) Bei der Verstärkung der Festigkeit der Muskel-Feder ist aber die Geschwindigkeit, mit der die Bewegung ausgeführt wird, ausschlaggebend, nicht die Kraft. Aus diesem Grund ist ein zusätzliches Gewicht für Läufer oder Spieler einer Ballsportart nicht empfehlenswert.

Eine weitere Möglichkeit, das Verletzungsrisikos zu minimieren, ist die Begrenzung der wöchentlichen plyometrischen Trainingseinheiten. Um eine vollständige Regeneration zu ermöglichen, sollte zwischen den Trainingseinheiten anfänglich ein Ruheintervall von mindestens 72 Stunden eingehalten werden.

Am effektivsten reduzieren Sie die Gefahr von Muskel- und Sehnenverletzungen, indem Sie gleichzeitig Dehnübungen machen. Im Gegensatz zu den schnellen exzentrischen (d. h. verlängernden) Kontraktionen bei den Plyometrie-Übungen, kommt es bei den langsamen exzentrischen Kontraktionen zu weniger ruckartigen Belastungen, was die Sehnen schont. Die Muskel-Sehnen-Übergänge sind so beschaffen, dass langsame und mit großer Kraft ausgeführte exzentrische Kontraktionen die Festigkeit der Sehne zum Muskel hin vermindern. Dies kann zwar die Festigkeit der Muskelfeder geringfügig reduzieren, aber genau dieser Teil der Sehne schützt die Muskeln vor Verletzungen. Langfristig gesehen führt die Verstärkung der Federfestigkeit jedoch vermehrt zum Auftreten von Verletzungen. Das Sehnengewebe ist normalerweise ein nichtlineares elastisches Material.(8) Das bedeutet, dass die Sehnen an einem Ende, im Bereich des Muskels, dehnbar und am anderen Ende, im Bereich des Knochens, steif sind (s. Abb. 2).(7)

Abbildung 2: Die Mechanik einer Sehne (s. auch nächster Absatz)

Die Elastizität der Sehne im Bereich des Muskels ist wichtig, um diesen vor Verletzungen zu schützen. Eine gesunde Sehne dehnt sich ein wenig, wenn die Muskeln beansprucht werden. Dies führt zu einer langsamen Erhöhung der Krafteinwirkung auf die Fasern. Im Gegensatz dazu überträgt eine steife Sehne sehr schnell Kraft, was zu Schäden führen kann. Wir müssen also einerseits die Festigkeit unserer Federn verstärken, um ein Maximum an Energie abgeben zu können. Andererseits muss bedacht werden, dass dies die Gefahr für Muskelverletzungen erhöht.

Wenn Sie Bergabläufe und Plyometrie-Übungen in Ihren Trainingsplan aufnehmen, können Sie die Gefahr von Muskel- und Sehnenverletzungen am besten reduzieren, indem Sie gleichzeitig Dehnübungen machen. Im Gegensatz zu schnellen exzentrischen (d.h. verlängernden) Kontraktionen bei den PlyometrieÜbungen kommt es bei den langsamen exzentrischen Kontraktionen zu weniger ruckartigen Belastungen, was gut für die Sehnen ist. Die Muskel-Sehnen-Übergänge sind so beschaffen, dass langsam und mit großer Kraft ausgeführte exzentrische Kontraktionen die Festigkeit der Sehne zum Muskel hin vermindern. Dies kann zwar die Festigkeit der Muskelfeder geringfügig reduzieren, aber genau dieser Teil der Sehne ist wichtig, um die Muskeln gegen Verletzungen zu schützen.


Die Mechanik von Sehnen

Sehnen haben die Aufgabe, die Kraft vom Muskel auf den Knochen zu übertragen. Um dies bewerkstelligen zu können, verfügen Sehen über unterschiedliche mechanische Eigenschaften im Bereich des Muskels und des Knochens. Das Muskelende ist dehnbar (es lässt sich bei geringer Belastung stark auseinanderziehen), während das Knochenende sehr zugfest ist. Diese Eigenschaften der Sehne tragen dazu bei, den Muskel vor Verletzungen zu schützen. Das dehnbare Muskelende überträgt die Kraft langsam auf die Muskelfasern und schützt sie vor ruckartigen Belastungen. Durch das Trainieren unserer Muskelfeder verstärken wir genau in diesem Bereich die Festigkeit. Dies erhöht dann allerdings nicht nur unsere Laufleistung, sondern leider auch unsere Verletzungsanfälligkeit. Durch langsame verlängernde Kontraktionen können die Sehnen diese Eigenschaft wieder entwickeln, sodass die Verletzungswahrscheinlichkeit wieder abnimmt.

Langsame Verlängerung des Muskels trainieren

Bei Übungen für eine langsame Muskelverlängerung sollte der Fokus auf Körperregionen mit hoher Verletzungshäufigkeit liegen. Hierzu gehören ischiokurale Muskeln, Quadrizeps (insbesondere im Bereich der Patellarsehne) und Waden (Achillessehne).

- Für die Quadrizeps und den Ursprung der ischiokuralen Muskeln machen Sie Ausfallschritte nach hinten oder Beinpressen mit Unterstützung.

- Für die Ausfallschritte nehmen Sie ein Gewicht in beide Hände. Machen Sie einen Schritt nach hinten, berühren Sie mit den Knien den Boden, und führen Sie das Bein wieder nach vorne. Hiermit erreichen Sie bessere exzentrische Kontraktionen als mit den üblichen Ausfallschritten nach vorne.

- Bei den unterstützten Beinpressen lassen Sie sich von einem Trainer helfen, das Gewicht nach oben zu pressen. Senken Sie das Gewicht nun auf 90° und zählen Sie dabei bis 10.

- Den Ansatz der ischiokuralen Muskeln bearbeiten Sie mit Bein-Curls im Liegen. Klemmen Sie ein Gewicht mit beiden Beinen ein und senken Sie es langsam mit einem Bein ab.

- Für die Achillessehne ist folgende Übung gut: Stellen Sie sich auf einen Stepper, heben Sie die Fersen, sodass Sie auf den Zehenspitzen stehen. Gehen Sie nun langsam mit einer Ferse wieder zurück. Nehmen Sie ein Gewicht hinzu, wenn diese Übung zu einfach wird.


Wenn Sie diese Übungen bis zum Leistungshöchststand des Trainings 1-mal pro Woche mit 5–10 Wiederholungen machen, können Sie die Funktion der Sehnen aufrechterhalten, ohne zusätzlich Muskelmasse aufzubauen.


Schlussfolgerung

Mit plyometrischen Übungen können Sie Ihre Muskelfedern, die Laufökonomie und Ihre Geschwindigkeit wirksam verbessern. Allerdings erhöhen Sie damit auch die Verletzungsanfälligkeit. Folgenschwere Verletzungen lassen sich verhindern, wenn man sich klarmacht, dass sie vermutlich durch einen Funktionsverlust der Sehne im Bereich des Muskels verursacht werden. Mit Widerstandsübungen, bei denen langsame exzentrische Kontraktionen erfolgen, können Sie den Funktionsverlust der Sehne vermeiden. So reduzieren Sie das Risiko und können Ihre maximale Leistungsfähigkeit erreichen.

Keith Baar ist Leiter des Labors für funktionelle Molekularbiologie der University of Dundee. Er forscht speziell nach Genen, die die Muskel- und Sehnenfunktionen verändern

Quellenangaben

1. Medicine Science of Sports and Exercise, 2001. Bd. 33, S. 326–333.

2. Journal of Physiology, 2007. Bd. 58, S. 1303–1316.

3. Archives Biochemistry and Biophysics. 2002, Bd. 399, S. 174–180.

4. Journal of Experimental Biology. 2002, Bd. 20, S. 2211–2116.

5. Science. 1997, Bd. 275, S. 1113–1115.

6. Journal of Applied Physiology. 1999, Bd. 86, S. 1527–1533.

7. Track & Field quarterly review. 1989, Bd. 89, S. 41–43.

8. Journal of Applied Physiology. 2006, Bd. 101, S. 1113–11178.

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