Maximalkraft: Effektiver Muskelaufbau und Kraftzuwachs

Maximalkrafttraining: Seit vielen tausend Jahren nutzen Sportler das Krafttraining, um ihre Muskelkraft und ihre sportliche Leistung zu steigern. Wie Keith Baar und Mike Gittleson anhand von Studien berichten, gibt es wissenschaftliche Erkenntnisse dafür, dass die herkömmlichen Methoden des Krafttrainings nicht unbedingt die effizientesten sind.

Maximalkrafttraining: Intensität, Dauer und Belastung

Vor mehr als 2.500 Jahren legte sich Milo von Crotona, ein griechischer Bauer und olympischer Ringer, als Kraftübung jeden Morgen ein Kalb über die Schultern. Während das Kalb größer und schwerer wurde, nahm auch Milos Kraft zu. Zum Zeitpunkt der Olympiade hatte er so viel Kraft aufgebaut, dass er die Übungen immer noch machen konnte, als aus dem Kalb ein ausgewachsener Bulle geworden war.

Er hatte eine Kraft erreicht, die unvergleichlich war. Die in dieser Fabel dargestellte wissenschaftliche Theorie ist die des so genannten „Überlastungsprinzips“. Danach baut sich stetig Kraft auf, wenn eine systematische und progressive Belastung mit ausreichender Häufigkeit, Intensität und Dauer erfolgt, so dass eine Anpassung erfolgt.

Muskelaufbau und Kraftzuwachs: Wie oft, wie lange und wie hoch?

Obwohl die Bedeutung des Überlastungsprinzips schon lange bekannt ist, wird immer noch darüber debattiert, wie oft, wie intensiv und wie lange die Belastung sein soll, um eine maximale Steigerung der Muskelkraft zu erreichen. Die optimale Trainingsfrequenz, -intensität und –dauer werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst, zum Beispiel den Trainingsgeräten und dem Coaching, den individuellen Regenerationszeiten nach einem harten Gewichtstraining und der jeweiligen Fähigkeit, intensive Belastungen auszuhalten.

Maximalkrafttraining: Die optimale Trainingsfrequenz im Krafttraining

Wie eine Person auf Belastungsübungen reagiert, ist in Abbildung 1 dargestellt. Eine Trainingseinheit lässt sich in 4 Phasen einteilen (s. Abb. 1a):

1. das eigentliche Training, bei dem die Muskeln ermüden und die Kraft nachlässt,
2. die Regenerationsphase, die sowohl die unmittelbare Erholung von der Belastung, als auch die verzögerte Erholung, bei der die beschädigten Muskelfasern beseitigt und ersetzt werden, umfasst,
3. die Adaptions- oder Superkompensationsphase,
4. die Rückführphase, bei der jeglicher Kraftgewinn aus dem Training verloren geht.

• A.) Intensive Kraftübungen führen nach und nach zu Ermüdung, Erholung und Anpassung.
• B.) Eine Änderung der Intensität der Kraftübungen verkürzt (geringe Intensität) oder verlängert (hohe Intensität) die Zeit der einzelnen Phasen nach dem Krafttraining.

Auswirkungen der Belastungsintensität im Maximalkrafttraining

Ändert sich die Belastungsintensität, so reduziert oder verlängert sich die Dauer der einzelnen Phasen (s. Abb. 1b). Dadurch wird es für den Krafttrainer schwer, die nächste Trainingseinheit richtig zu timen. Das Ziel von Sportler und Trainer ist es, eine optimale Trainingsfrequenz für die nächste Trainingseinheit zu finden (s. Abb. 2). Werden alle Trainingseinheiten zeitlich optimal gesteuert (auf dem Höhepunkt der Adaptionsphase), findet ein maximaler Kraftaufbau statt. Folgen die Trainingseinheiten zu schnell aufeinander (was bei Leistungssportlern häufig der Fall ist, s. Abb. 2B), hat die Muskulatur nicht genug Zeit zur Adaption, und der jeweilige Kraftzuwachs erfolgt nur langsam. Auch zu große Trainingsintervalle führen zu einem geringen Kraftzuwachs.

Maximalkrafttraining: Wie kommt es überhaupt zu einem Kraftzuwachs?

Eine Möglichkeit wäre, dass die Regeneration der Muskulatur die Bildung neuer, stärkerer Muskeln bewirkt. Dass Muskeln sich nach einer sportlichen Belastung selbst regenerieren können, steht fest. Aber tatsächlich ist die Kräftigung der Muskulatur nicht die Folge des Regenerationsprozesses. Das wird deutlich, wenn man die Muskelkraft nach einer Trainingseinheit mit der nach einer kleineren Muskelverletzung vergleicht. In beiden Fällen kommt es zu einer Muskelregeneration. Doch nur das Training verbessert die Muskelkraft.

Wenn aber die Muskelregeneration nicht dafür zuständig ist, was ist es dann? Bei allen wissenschaftlichen Modellen der Muskelhypertrophie (Muskelwachstum) zeigte sich als erste Trainingsreaktion immer ein Anstieg beim Proteinaufbau. Dies gilt sowohl für Mäuse, Ratten, Kaninchen oder Hühner als auch für Menschen. Nimmt der Proteinaufbau stärker zu als der Muskelabbau, werden die Muskeln größer und stärker.

Im Laufe der letzten 10 Jahre ist es den molekularwissenschaftlich forschenden Sportphysiologen gelungen, den zentralen Regulator für Muskelproteinaufbau nach einem Krafttraining ausfindig zu machen. Und zwar handelt es sich um das Protein mTOR (engl. „mammalian target of rapamycin“, dt. „Ziel des Rapamycins im Säugetier“). Es besteht eine direkte Relation zwischen der mTOR-Aktivität und der Trainingsintensität. Und mit der Zeit zeigt sich auch eine Beziehung zur Zunahme von Muskelgröße und -kraft (1) (s. Abb. 3).

Der maximale Muskelzuwachs

Geht man davon aus, dass mTOR für die Zunahme der Muskelkraft zuständig ist, stellt sich die Frage, wie wir dieses Enzym bestmöglich aktivieren können, um unser Krafttraining entsprechend zu optimieren. Dazu müssen wir wissen, wie die Aktivierung von mTOR ein- und ausgeschaltet wird. Eine Reihe von Studien verschaffen uns hierüber Klarheit.

Die Belastung auf einen Muskel korreliert direkt mit der Aktivierung von mTOR. Dies bedeutet, dass die mTOR-Aktivierung umso größer ist, je schwerer das Gewicht oder je größer die absolute Kraft des Muskels ist.(2) Nur wenn der Blutfluss des Sportlers, der ein Gewicht hebt, eingeschränkt ist, tritt diese Korrelation nicht auf. Dies betrifft allerdings nur Personen, die aus medizinischen Gründen keine schweren Gewichte heben dürfen. Sonst sollte es das Ziel eines Kraftsportlers sein, so schwer wie möglich zu heben.

Metabolischer Stress blockiert die mTOR-Aktivität

Durch metabolischen Stress wird die mTOR-Aktivität blockiert. Das heißt, dass wir bei unserem Krafttraining möglichst wenig muskuläres ATP (ein energielieferndes Molekül, das bei der Muskelkontraktion eine Rolle spielt) verbrauchen sollten. Um den ATP-Verbrauch zu senken, ist es besser, nicht sehr lange zu trainieren und Übungen zu wählen, bei denen wenig ATP verbraucht wird. Also können wir die mTOR-Aktivität am besten steigern, wenn wir mit hoher absoluter Kraft und geringem Energieaufwand trainieren.

Sie haben 2 Möglichkeiten, für eine Kraftleistung der Muskeln zu sorgen (s. Abb. 4): Zum einen mit konzentrischen (verkürzenden) Muskelkontraktionen bei mittlerer Kraftleistung und zum anderen mit exzentrischen (verlängernden) Kontraktionen bei hoher Kraftleistung. Aufgrund der Architektur unserer Muskeln können wir, wenn die Muskeln verlängert sind, etwa 1,8-mal so viel Kraft erzeugen, als wenn sie verkürzt sind. Das führt zu wesentlich mehr Kraft (die jedoch negativ ist).

Sowohl verkürzende als auch verlängernde Kontraktionen können zu einer hohen absoluten Kraft führen. Der Energieaufwand ist allerdings sehr unterschiedlich. Für verkürzende Kontraktionen wird am meisten Energie gebraucht, für isometrische Kontraktionen am wenigsten (damit erzeugen Sie allerdings auch am wenigsten Kraft). Verlängernde Kontraktionen liegen irgendwo im mittleren Bereich und erfordern etwa die Hälfte des ATP, das für verkürzende Kontraktionen benötigt wird.(3) Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Aktivierung von mTOR und somit der Kraftgewinn am größten ist, wenn Sie mit erzwungenen verlängernden Kontraktionen bei sehr hoher Belastung trainieren.

Zwei Möglichkeiten der mTOR-Aktivierung

Die eben geschilderte Art der Muskelkontraktion ist eine Möglichkeit, die mTOR-Aktivierung zu maximieren. Wir stellen Ihnen hier noch eine Ernährungsstrategie, sowie einige Trainingsaspekte vor, mit denen Sie eine maximale mTOR-Aktivität erreichen können.

Das mTOR in der Muskulatur kann unter anderem durch einen Anstieg der Menge der im Blut zirkulierenden Aminosäuren (aus verdauten Proteinen) aktiviert werden. Insbesondere Nahrungsmittel, die reich an verzweigtkettigen Aminosäuren (z. B. Leucin) sind, können die Wirkung des Krafttrainings verbessern. Schon seit langem wissen wir, dass die Gabe von Aminosäuren innerhalb eines Krafttrainingsprogramms den daraus resultierenden Kraftzuwachs steigern kann. Und jetzt wissen wir vermutlich auch, warum. Wenn Aminosäuren in den Muskel kommen, können sie mTOR direkt aktivieren und den Proteinaufbau sowie den Muskelaufbau steigern.

Die Aufnahme von Aminosäuren im Maximalkrafttraining

Zudem wird vermutet, dass auch der Zeitpunkt, an dem wir die Aminosäuren aufnehmen, für die Wirkung auf mTOR und den Proteinaufbau wichtig ist. Dies ist allerdings noch umstritten. Wir haben gerade Versuche abgeschlossen, die darauf hinweisen, dass die Wirkung von Aminosäuren größer ist, wenn sie innerhalb der 1. Stunde nach dem Training verzehrt werden. Denn wie wir herausgefunden haben, ist der „Leucin-Transporter“ in der Muskulatur 30 bis 90 Minuten nach dem Training erhöht. Dies könnte für die mTOR-Aktivierung und somit auch für den Kraftgewinn von Bedeutung sein.

Es gilt jedoch zu bedenken, dass es auch zu einer Abnahme sowohl des Proteinaufbaus als auch der Insulinsensitivität kommen kann, wenn der Aminosäurespiegel über längere Zeit erhöht ist.(4) Daher ist der Verzehr von sehr großen Mengen an Protein nicht sinnvoll.

Trainingsaspekte im Maximalkrafttraining

Das Ziel unseres Trainings ist also der Aufbau von Maximalkraft. Allerdings müssen Sie dabei einige Aspekte beachten. Die größte absolute Kraft erreichen wir bei schnellen verlängernden Kontraktionen mit großen Gewichten (Stoßbewegungen) oder intensiven plyometrischen Übungen.

Diese Art von Training ist zwar sehr effektiv im Hinblick auf die mTOR-Aktivierung, kann sich aber leider auch sehr negativ auf die Sehnen auswirken und zu Verletzungen führen. Da sich Sehnen bei intensivem plyometrischem Training langsamer anpassen als Muskeln, ist eine ausreichende Erholungsphase nach der Belastung ein absolutes Muss. Eine weitere Konsequenz, die sich aus der langsamen Erholung der Sehnen nach Kraftübungen mit Stoßbewegungen ergibt, ist die Notwendigkeit eines periodisierten Trainings.

Nichtlineare periodisierte Programme

Nichtlineare periodisierte Programme führen zu größerem Kraftgewinn als die herkömmlichen Methoden mit einer linearen Progression. Aber obwohl dies schon unzählige Male nachgewiesen wurde, kann man scheinbar nicht erklären, weshalb dies auf muskulärer Ebene so ist.

Lesen Sie hierzu auch unseren Artikel „Coaching: Erfolgsprinzip Periodisierung

Vermutlich kommt es daher, dass die meisten Spitzensportler übertrainieren und durch regelmäßige Reduzierung der Belastung für die erforderlichen Ruhephasen sorgen, in denen eine Muskelanpassung stattfindet und sich die Sehnen von den Stoßbewegungen erholen können. Wer seine Sehnen schonen möchte, kann alternativ auch mit langsamen verlängernden oder erzwungenen Kontraktionen agieren.

Es hat sich gezeigt, dass diese Art der Bewegung den Zustand der Sehnen verbessern und den Heilungsverlauf nach einer Verletzung beschleunigen kann. Außerdem sind bei Trainingsprogrammen mit dieser Bewegungsart lineare Progressionsprogramme sehr wirksam, da die Sehnen hier keine längeren Ruhepausen benötigen.

Die Minimierung von metabolischem Stress

Da die Minimierung von metabolischem Stress ein Schlüsselfaktor für die mTOR-Aktivierung ist, sollte zudem jeder Satz weniger als 60 Sekunden dauern. In dieser Zeit wird in einem normalen Muskel energiereiches Phosphat gespeichert. Bei längeren Sätzen kommt es im Muskel zu Prozessen, die zur Deaktivierung von mTOR und somit zu einer verminderten Trainingsreaktion führen. Wenn Sie kontrollierte Wiederholungen machen, sollten es höchstens 10 pro Satz sein, um einen optimalen Kraftgewinn zu erzielen.

Und zu guter Letzt sollte das Programm im Hinblick auf eine Minimierung des metabolischen Stresses möglichst aus nur einem Satz bestehen, der mit 2–3 erzwungenen Wiederholungen endet. Wenn Sie mehr als 1 Satz machen, müssen Sie zwischen den Sätzen ausreichend Zeit für eine vollständige Erholung der Phosphokreatin- und ATP-Konzentration lassen. Dies dauert 2- bis 3-mal so lange wie die eigentliche Übung (rund 2–4 Minuten).

Erstellen eines Krafttrainingsprogramms

Wie können all diese Ideen zu einem stimmigen Programm zusammengefügt werden, um optimalen Kraftgewinn zu erzielen? Nachfolgend stellen wir ein Programm vor, in das die oben beschriebenen Konzepte und die Erfahrung aus 30 Jahren Zusammenarbeit mit Elite-Kraftsportlern eingeflossen sind.

Dieses Programm sieht eine lineare Progression vor und basiert auf 1 Satz bis zum vorübergehenden Muskelversagen und einer Druck-Zug-Methode, um maximale Kraft und minimalen metabolischen Stress zu erzeugen.

Regeln für ein Trainingsprogramm

• Zielvorgabe: Nachdem der Sportler eine bestimmte Anzahl von Wiederholungen absolviert hat, wird das Gewicht erhöht. Mit Zielvorgaben arbeitet man normalerweise am Anfang eines Trainingsprogramms, wenn die Steigerungen schneller erfolgen.
• Bereich: bezeichnet obere und untere Grenzwerte für Wiederholungen (z. B. 6–8). Macht ein Sportler die Wiederholungen im unteren Grenzbereich (d. h. 6) bleibt das Gewicht gleich, und die Wiederholungszahl steigt im genannten Bereich. Das Gewicht wird erst erhöht, wenn der Sportler so viele Wiederholungen (d. h. 8) absolviert hat, wie dem oberen Grenzwert entsprechen. Er beginnt dann wieder mit der kleineren Wiederholungszahl.
• Wiederholungszahl: Die Sätze sollten nicht länger als 60 Sekunden dauern. Daher sollte ein Satz höchstens 10 Wiederholungen beinhalten. Da auch erzwungene Wiederholungen gemacht werden sollen, sind maximal 8 positive Wiederholungen auszuführen, damit 2 erzwungene hinzukommen können.
• Zusätzliches Gewicht: Bei fortschreitendem Training sollte das zusätzliche Gewicht mindestens doppelt so groß sein wie das kleinste, im Kraftraum verfügbare Gewicht. Wenn das kleinste Gewicht im Kraftraum 1 kg ist, sollte ein Gewicht von mindestens 2 kg hinzugefügt werden.
• Keine Progression: Zeigt sich nach 3 Trainingseinheiten kein Fortschritt, wird das Gewicht wieder reduziert. Hierbei wird die Hälfte des zuletzt zugefügten Gewichts reduziert und die Wiederholungszahl beibehalten.
• Momentanes Muskelversagen: Das tritt ein, wenn der Sportler das Gewicht in der negativen Phase nicht länger heben oder keinen Widerstand leisten kann.

Die korrekte Ausführung

In der positiven Phase

• Schwungkraft bremsen: das Gewicht nicht hochschnellen oder hochschleudern.
• Hebelwirkung beschränken: mit Ausnahme des arbeitenden Gelenks den Winkel von anderen Gelenken nicht verändern.
• Konstante Spannung während der Belastung: beim Herabführen oder am Ende der Bewegung nicht ausruhen.
• Das Verkürzen des Zielmuskels sollte 1–2 Sekunden dauern. Das Gewicht wird am oberen Ende der Bewegung angehalten und dann mit Spannung während der verlängernden Phase wieder abgesenkt.

In der negativen Phase (erzwungene Wiederholungen):

Wenn der Sportler das Gewicht nicht mehr halten kann, machen Sportler und Trainer zusammen einige erzwungene Wiederholungen. Dabei gibt der Trainer Hilfestellung in der verkürzenden Phase und fordert den Sportler auf, in 6–8 Sekunden möglichst viel Gewicht abzusenken. Falls erforderlich, kann der Trainer zusätzlich Widerstand bieten.

Die Druck-Zug-Methode

Um den metabolischen Stress für die einzelnen Muskelgruppen möglichst gering zu halten, sollten Sportler abwechselnd Druck- bzw. Zug-Übungen absolvieren. Als Drücken bezeichnet man eine Bewegung von der Körpermitte weg, die während der verkürzenden Kontraktion des Zielmuskels erfolgt (z. B. Brust-, Schulter-, Trizepsdrücken, Beinstrecker, Beindrücken).

Eine Zieh-Übung ist eine Bewegung zur Körpermitte hin, die während der verkürzenden Kontraktion des Zielmuskels ausgeführt wird (z. B. Pulldown, Rudern, Bizepscurl, Beincurl). Während des Übergangs vom Druck zum Zug kann eine vollständige Erholung und Resynthese von ATP und Phosphat in den Hilfsmuskeln erfolgen. Dies mindert den metabolischen Stress und fördert die Aktivierung von mTOR.

Erholung und Regeneration nach dem Maximalkrafttraining

Nach dem Training beginnt sich der Körper zu regenerieren, indem er die Muskulatur wieder mit Sauerstoff, energiereichem Phosphat und Glykogen (Kohlenhydrat) auffüllt und, was sehr wichtig ist, mit dem Ab- und Aufbau von Muskelproteinen beginnt. Hierzu sind Ruhe und die richtige Ernährung erforderlich. Wie viel Ruhe notwendig ist, ist individuell verschieden und abhängig von der oben besprochenen Trainingsintensität.

Was die Ernährung anbelangt, so reicht es schon aus, wenn der Sportler in den ersten 30 Minuten nach dem Training 6 g essenzielle Aminosäuren und 35 g Kohlenhydrate zu sich nimmt (die sind z. B. in 700 ml Magermilch enthalten).(5)

Praktische Tipps

• Sportler, die Kraft aufbauen möchten, sollten versuchen, bei hoher Intensität und geringem Energieaufwand zu trainieren, um eine maximale mTOR-Aktivierung zu bewirken.
• Von hohen Wiederholungszahlen und vielen Sätzen ist abzuraten. Besser geeignet ist ein Satz mit 6–8 Wiederholungen, bei denen 2–3 erzwungene (negative) Wiederholungen mit Hilfestellung durchgeführt werden.
• Führen Sie die Sätze mit der „Druck-Zug“-Methode aus. Wenn Sie mehr als 1 Satz machen, ist zwischen den Sätzen eine Pause von mindestens 2 Minuten einzuhalten.

Keith Baar ist Leiter des Labors für funktionelle Molekularbiologie der University of Dundee. Er forscht speziell nach Genen, die die Muskel- und Sehnenfunktionen verändern.
Mike Gittleson leitete 30 Jahre das Kraft- und Konditionstrainingsprogramm an der University of Michigan und arbeitete mit vielen der genannten Techniken, um die Kraftleistung von Spitzensportlern zu verbessern.

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Quellenangaben

1. European Journal of Applied Physiology, 2008, Bd. 102, S.145–152
2. American Journal of Physiology, 1999, Bd. 276, S.120–127
3. Journal of Applied Physiology, 1997, Bd. 83, S.867–874
4. Journal of Biological Chemistry, 2001, Bd. 276, S.38052–38060
5. Clinical Journal of Sports Medicine, 2007, Bd. 26, S.17–36