Maximalkrafttraining 101 – Teil 1

Autor: Johannes Joßberger

Maximalkraft bezeichnet in der Sportwissenschaft die größtmögliche Kraft, die willkürlich und einmalig gegenüber einem Widerstand über das neuromuskuläre System aufgebracht werden kann. Hinsichtlich des Trainings für Maximalkraft türmen sich verschiedenste Ansätze und Herangehensweisen. Unser Artikel soll hierbei einen näheren Einblick in die physiologischen Anpassungen geben, die im Zusammenhang mit Maximalkraft stehen und unter welchen Gesichtspunkten ein Training mit dieser Zielsetzung gestaltet werden sollte.

Einflussgrößen

Quelle: Stronger By Science

Die hier abgebildete Grafik zeigt eine Übersicht über die Faktoren, welche Maximalkraft beeinflussen. Im Verlauf dieses Artikels werden die wichtigsten Einflussgrößen näher dargestellt.

Morphologie

Muskuläre Hypertrophie

Der Muskelquerschnitt ist einer der wesentlichen Einflussgrößen auf Maximalkraft. Ein größerer Muskelquerschnitt erhöht vereinfacht ausgedrückt das Kraftpotential des Muskels. Hierbei ist vor allem die myofibrilläre Hypertrophie zu berücksichtigen. Als myofibrilläre Hypertrophie wird Muskelwachstum bezeichnet, dass über eine Zunahme von kontraktilen Einheiten entsteht. Die kleinsten kontraktilen Einheiten des Muskels sind die sogenannten Sarkomere. Innerhalb der Sarkomere spielt sich die eigentliche Muskelkontraktion ab.

Myofibrilläre Hypertrophie führt zu einer Anhäufung von Sarkomeren und den enthaltenen Strukturproteinen Aktin, Myosin und Titin. Infolgedessen entsteht ein Dickenwachstum der Muskelfasern. Das Hinzufügen von kontraktilen Elementen im Rahmen des Dickenwachstums der Muskelfasern steigert wiederum die Kontraktionskraft des gesamten Muskels.

Wissenschaftliche Untersuchungen konnten in Erfahrung bringen, dass bei fortgeschrittenen Individuen der Muskelquerschnitt zwischen 75-90% der Variation in der Kraft erklären kann (1). 

Im Kontrast zu fortgeschrittenen Athleten, kann bei untrainierten Personen keine klare, aussagekräftige Beziehung zwischen Hypertrophie und Kraft festgestellt werden. Die anfänglichen Kraftsteigerungen sind in der Regel auf neuromuskuläre Anpassungen und einer Erhöhung der Normalisierten Muskelkraft (NMK) zurückzuführen (2). Die NMK eines Muskels beschreibt die Kraft, welche ein Muskel relativ zu seinem Querschnitt erzeugen kann. Es besteht die Hypothese, dass eine größere NMF durch eine optimierte laterale Kraftübertragung des Muskels erreicht wird (3). Neue Bindegewebsstrukturen zwischen den Muskelfasern und der Ansatzsehne des Muskels ermöglichen hierbei eine effizientere Kraftübertragung. Die zusätzlichen kollagenen Strukturen verringern potentiell die effektive Länge des Muskels. Dadurch kann bei gleicher Stärke der Muskelkontraktion jeder einzelnen Muskelfaser mehr Kraft auf die Sehne übertragen werden. Damit könnte die Kraftsteigerung ohne einen Zuwachs des Muskelquerschnitts bei untrainierten Personen erklärt werden.

Die meisten Untersuchungen an untrainierten Personen zeigen zudem, dass sich robuste Hypertrophie meist erst nach mehreren Wochen Trainingsdauer einstellt. In dieser Phase wird die erhöhte Proteinsynthese primär dafür aufgewendet, um Muskelschäden zu reduzieren. Somit ist der Muskelquerschnitt im Normalfall nicht die primäre Einflussgröße auf die initiale Kraftsteigerung. Loenneke und Kollegen konnten anhand einer Trainingsintervention mit untrainierten Personen aufzeigen, dass nur 9-35% der Veränderungen des Kraftniveaus in einem Untersuchungszeitraum von 8 Wochen durch einen größeren Muskelquerschnitt erklärt werden können (4).

Die Relevanz der Muskelquerschnitts im Kontext Maximalkraft scheint also erst zuzunehmen, wenn das Bewegungsmuster und die Anpassungen des Nervensystems gefestigt sind. Insbesondere für fortgeschrittene Athleten erscheint es  deshalb wichtig, längere Phasen mit auf Hypertrophie ausgerichteten Training zu verbringen, um die Anhäufung von Muskelmasse zu begünstigen.

Eine einfache Analogie soll die Bedeutung des Muskelquerschnitts an dieser Stelle nochmals veranschaulichen. Wenn man sich ein Auto vorstellt, welches 200 PS Leistung besitzt, und mit diesem Auto eine möglichst schnelle Rundenzeit gefahren werden soll, werden sich die Rundenzeiten anfangs schnell verbessern, da der Fahrer durch Praxis zunächst erlernt mit dem Auto umzugehen, ähnlich zu Verbesserungen der Technik und des neuromuskulären Zusammenspiels im Training. Irgendwann gelangt das fahrerische Können an einen Punkt, an dem die Rundenzeiten nicht mehr wesentlich verbessert werden können. Die einzige Option eine bessere Rundenzeiten zu erzielen, ist an dieser Stelle ein größerer Motor, mit mehr Leistung. Ein größerer Motor ist hier mit der Zunahme des Muskelquerschnitts gleichzusetzen.

Anhand dieses Beispiels lässt sich noch ein weiterer Punkt ableiten. Ein größerer Motor oder auch ein größerer Muskelquerschnitt erhöht zwar das Potential bessere Rundenzeiten zu erzielen oder eben mehr Kraft abzurufen, jedoch benötigt es auch das entsprechende fahrerische Können (Technik + Intramuskuläre Koordination), um das volle Kraftpotential entfalten zu können. Dies trifft beispielsweise auf Bodybuilder zu, die Wettkampfübungen nicht als festen Bestandteil innerhalb ihres Trainings integrieren und zudem nicht auf regelmäßiger Basis Sätze mit höheren absoluten Intensitäten absolvieren. 

Passive Strukturen

Zu den strukturellen Anpassungen zählen neben der Erhöhung des Faserquerschnitts auch die Veränderungen im Bereich des passiven Bewegungsapparates (Knochen, Gelenke, Bänder, Knorpel, Bandscheiben) und dem Bindegewebe. Im Kontext der Kraftsteigerung sind vor allem eine verbesserte laterale Kraftübertragung und eine höhere Steifigkeit der Sehnen zu nennen. Die Bildung von neuen kollagenen Strukturen zwischen den Muskelfasern ermöglicht eine effizientere Übertragung der von den Muskelfasern produzierten Kraft. Darüber hinaus trägt eine größere Widerstandsfähigkeit der Sehnen dazu bei, die muskuläre Kraft effizienter auf den Knochen zu übertragen. 

Eine hohe Belastung im Bereich des gesamten Muskels durch größere absolute Intensitäten scheint hinsichtlich der Anpassungen des passiven Bewegungsapparates eine tragende Rolle zu spielen (5,6).

Neuronale Anpassungen

Intermuskuläre Koordination

Unter intermuskulärer Koordination wird im eigentlichen Sinne die sportliche Technik verstanden. 

Bei einer Mehrgelenksübung sind gewöhnlich verschiedene Muskelgruppen beteiligt, die je nach Gelenkwinkel und Höhe der externen Last einen unterschiedlichen Anteil zur Kraftproduktion beitragen. Der Krafteinsatz der beteiligten Muskelgruppen muss dabei über den Bewegungsumfang zielgenau dosiert werden, um die externe Last zu überwinden. Wenn eine Bewegung neu erlernt wird, ist die Koordination im Bezug auf den Krafteinsatz der beteiligten Muskelgruppen zumeist nicht gut aufeinander abgestimmt. 

Durch das Erlernen einer Übung verbessert sich das Zusammenspiel der an einer Bewegung beteiligten Muskelgruppen. Dies wird durch verschiedene Mechanismen (verringerte Koaktivierung des Antagonisten) erreicht, welche schlussendlich eine größere Kraftproduktion der Muskelgruppen ermöglichen. Die individuell optimale Bewegungsausführung ist eine Grundvoraussetzung, um das Kraftpotential in einer Übung auszureizen. Wenn man beispielsweise zwei Personen vergleicht, die die gleichen körperlichen Voraussetzungen (Muskelquerschnitt, Hebelverhältnisse) besitzen, wird die Person mit einer biomechanisch effizienteren Technik höchstwahrscheinlich die größere Kraft in einer Übung abrufen können. 

Mit der Zielsetzung Maximalkraft bietet es sich an, Bewegungen mit einer höheren Frequenz auszuführen. Eine höhere Trainingsfrequenz unterstützt das Erlernen von Bewegungen und hilft dabei eine effiziente Technik zu entwickeln. Werden die Wettkampfübungen und Variationen bereits seit mehreren Jahren ausgeführt. ist eine hohe Frequenz nicht zwangsläufig erforderlich, um eine effiziente Technik aufrecht zu erhalten oder sogar weiter zu optimieren. Je häufiger und kontinuierlicher eine spezifische Bewegung in der Vergangenheit ausgeführt wurde, desto länger wird die technische Effizienz für gewöhnlich auch erhalten bleiben, wenn die Bewegung in der Trainingsplanung nicht mehr oder mit einer geringeren Frequenz integriert wird.

Aufgrund der Tatsache, dass Kraft eine Bewegungsfertigkeit darstellt, empfiehlt es sich, Wettkampfübungen und Variationen die meiste Zeit mindestens zweimal wöchentlich auszuführen, um sicherzustellen, dass ausreichend Übung mit den Bewegungen stattfindet. 

Intramuskuläre Koordination

Die intramuskuläre Koordination bezieht sich auf das Zusammenspiel zwischen dem zentralen Nervensystem und der Muskulatur innerhalb eines Bewegungsablaufs. Krafttraining führt zu einer erhöhten Rekrutierung von motorischen Einheiten. Eine motorische Einheit bezeichnet den Komplex einer motorischen Nervenzelle (Motoneuron) und die von ihr gesteuerten Muskelfasern. 

Das Zuschalten von motorischen Einheiten wird als Rekrutierung bezeichnet. Wenn eine motorische Einheit rekrutiert wird, kontrahieren alle ihre zugehörigen Muskelfasern und produzieren Kraft. Motorische Einheiten unterscheiden sich in ihrer Größe. Kleine motorische Einheiten innervieren prinzipiell langsame Muskelfasern (Typ-I) mit einem geringen Schwellwert, während große motorische Einheiten schnelle Muskelfasern (Typ-II) mit hoher Erregungsschwelle innervieren. 

Bei einer willkürlichen Muskelkontraktion erfolgt eine stufenartige Rekrutierung der motorischen Einheiten nach dem Hennemanschen Größenprinzip (7). Dies erlaubt eine zielgenaue Kraftabstufung bei dynamischer Muskelarbeit. Das Ausmaß der Rekrutierung von motorischen Einheiten ist abhängig von der absoluten (% 1RM) und relativen Intensität (RPE/RIR).

Wenn beispielsweise ein geringe-moderate Last ans Muskelversagen ausgeführt wird, werden zu Beginn eines Satzes hauptsächlich kleine motorische Einheiten mit einem niedrigen Schwellenwert rekrutiert. Die erforderliche Zugkraft der Muskelfasern, um die externe Last zu überwinden, wird dabei zu Beginn des Satzes primär über die Typ-I Fasern produziert. Mit der Annäherung an das Muskelversagen ermüden die zu Beginn aktivierten Fasern. In Folge müssen weitere größere motorische Einheiten rekrutiert werden, um die erforderliche Kraft zur Überwindung des Widerstands bereitzustellen. 

Im Gegenzug hierzu werden bei hohen absoluten Intensitäten (~80-90% 1RM) bereits zu Beginn eines Satzes die größten motorischen Einheiten rekrutiert (8). Hohe externe Lasten und eine damit einhergehende geringe Bewegungsgeschwindigkeit bedingen eine hohe Kraftproduktion des gesamten Muskels. Daher sind ein Großteil der Wiederholungen bei hohen absoluten Intensitäten mit der vollständigen Faserrekrutierung verbunden. 

Es lässt sich also festhalten, dass eine ausgeprägte Faserrekrutierung sowohl mit geringen-moderaten absoluten Intensitäten, die nahe am Muskelversagen ausgeführt werden, als auch mit hohen absoluten Intensitäten erreicht werden kann. 

Normalerweise arbeiten motorische Einheiten asynchron, um den Krafteinsatz präzise zu steuern. 

Es wird angenommen, dass bei maximalen Krafteinsätzen alle motorischen Einheiten zum gleichen Zeitpunkt rekrutiert werden. Das Training für Maximalkraft zielt somit nicht nur auf eine erhöhte Rekrutierung von motorischen Einheiten ab, sondern auch auf eine synchrone Rekrutierung von allen motorischen Einheiten zu Beginn eines Satzes.

Spezifität

Kraft ist zu jeder Zeit spezifisch zur Arbeitsweise der Muskelfasern (dynamisch, isometrisch), der Bewegungsgeschwindigkeit, den Intensitätsbereichen, der Bewegungsamplitude sowie dem Rekrutierungsmuster einer Bewegung. 

Daher sollte man sich an erster Stelle fragen, worin man überhaupt stärker werden möchte. 

Möchte man beispielsweise die Maximalkraft bei der Kniebeuge steigern, liegt es nahe, die Bewegung in ihrer spezifischen Form zu trainieren. Hierzu sollte zunächst analysiert werden, welche Anforderungen eine Kniebeuge an die dynamische Maximalkraft stellt. 

Das 1RM (1 Repetition Maximum) einer Kniebeuge umfasst eine synergistische, dynamische Muskelarbeit der Hüft- (M. gluteus maximus, M. adductor magnus, M. semitendinosus, M. semimembranosus, M. biceps femoris) und Kniestrecker (M. quadriceps femoris). Hierbei beziehen wir uns lediglich auf die Muskelgruppen, die den größten Beitrag zur Kraftproduktion leisten. 

Die Bewegungsgeschwindigkeit verlangsamt sich in der überwindenden Phase der Bewegung nahezu vollständig, während eine maximale Kraftproduktion der involvierten Muskelgruppen auftritt. Hinsichtlich des Bewegungsumfangs orientieren wir uns an den Anforderungen eines Powerlifters. Innerhalb dieser Überlegung gilt es zu berücksichtigen, dass Kniebeugen wettkampfkonform im Training ausgeführt werden müssen, um eine Erhöhung der Maximalkraft in den spezifischen Gelenkwinkeln zu erreichen. Wenn beispielsweise im Rahmen einer Wettkampfvorbereitung im Kraftdreikampf nur halbe Kniebeugen im Training absolviert werden, wird dies einen geringen Übertrag auf die Anforderungen eines Wettkampfes haben.

Die spezifischste Form des Trainings für Maximalkraft in einer Bewegung ist ein 1RM mit der Zielbewegung.

Hierbei kommt die Frage auf, wie spezifisch eine Übung seitens Kraft tatsächlich trainiert werden sollte, um eine entsprechende Erhöhung der Maximalkraft zu erreichen. Während eine gewisse Spezifität im Hinblick auf die Intensitätsbereiche und Bewegungsgeschwindigkeiten im Training unabdingbar ist, muss in den seltensten Fällen zu jeder Zeit die volle Spezifität vorherrschen. Das Abrufen eines 1RMs auf wöchentlicher Basis kann eine Strategie darstellen, um die Maximalkraft zu verbessern. Allerdings ist dies für die wenigsten eine realistische und tolerierbare Herangehensweise, da solch ein Vorhaben auf lange Sicht enorme mentale Ressourcen beansprucht und ein gewisses Verletzungsrisiko nach sich ziehen kann. Darüber hinaus besitzen neben der Kraft in ihrer spezifischen Form auch andere Faktoren, wie z.B. die Erhöhung des Muskelquerschnitts, einen hohen Stellenwert, um das eigene Kraftpotential in einer Bewegung langfristig zu maximieren. Neben den genannten Punkten ist das wöchentliche Abrufen der maximalen Intensität zumeist mit hohen Kosten seitens der Ermüdung verbunden. Darüber hinaus setzt eine nahezu maximale absolute Intensität voraus, dass verhältnismäßig wenig Volumen mit der Bewegung absolviert werden kann, was wiederum in unzureichender Praxis mit der Bewegungsausführung resultieren kann. Wie bereits veranschaulicht ist eine für das Individuum möglichst effiziente Technik als Voraussetzung anzusehen, um Maximalkraft zu maximieren. Im Kontext der Technikverbesserung eignen sich vor allem moderate Wiederholungsbereiche in Kombination mit einer angemessenen Anzahl an Sätzen, die weiter entfernt vom Muskelversagen ausgeführt werden.

Es lässt sich also feststellen, dass die volle Spezifität von Maximalkraft im Training in den meisten Fällen weder notwendig noch zielführend ist, um einen möglichst großen Trainingseffekt zu erzielen. Vielmehr sollte ein gewisser Anteil des Trainings spezifisch genug gestaltet werden, sodass alle Einflussgrößen auf Maximalkraft ausreichend angesprochen werden.

Quellen

  1. Brechue, W. F., & Abe, T. (2002). The role of FFM accumulation and skeletal muscle architecture in powerlifting performance. European Journal of Applied Physiology, 86(4), 327-336. doi:10.1007/ s00421-001-0543-7
  2. Erskine, Robert M.; Jones, David A.; Williams, Alun G.; Stewart, Claire E.; Degens, Hans (2010): Inter-individual variability in the adaptation of human muscle specific tension to progressive resistance training. In: European journal of applied physiology 110 (6), S. 1117–1125. DOI: 10.1007/s00421-010-1601-9
  3. Erskine, Robert M.; Jones, David A.; Maffulli, Nicola; Williams, Alun G.; Stewart, Claire E.; Degens, Hans (2011): What causes in vivo muscle specific tension to increase following resistance training? In: Experimental physiology 96 (2), S. 145–155. doi: 10.1113/expphysiol.2010.053975
  4. Loenneke, Jeremy P.; Rossow, Lindy M.; Fahs, Christopher A.; Thiebaud, Robert S.; Grant Mouser, J.; Bemben, Michael G. (2017): Time-course of muscle growth, and its relationship with muscle strength in both young and older women. In: Geriatrics & gerontology international 17 (11), S. 2000–2007. doi: 10.1111/ggi.13010
  5. Kubo, K., Komuro, T., Ishiguro, N., Tsunoda, N., Sato, Y., Ishii, N., Kanehisa, H., & Fukunaga, T. (2006). Effects of low-load resistance training with vascular occlusion on the mechanical properties of muscle and tendon. Journal of applied biomechanics, 22(2), 112–119. https://doi.org/10.1123/jab.22.2.112
  6. Grosset, J. F., Breen, L., Stewart, C. E., Burgess, K. E., & Onambélé, G. L. (2014). Influence of exercise intensity on training-induced tendon mechanical properties changes in older individuals. Age (Dordrecht, Netherlands), 36(3), 9657. https://doi.org/10.1007/s11357-014-9657-9
  7. Henneman, E., Clamann, H. P., Gillies, J. D., & Skinner, R. D. (1974). Rank order of motoneurons within a pool: Law of combination. Journal of Neurophysiology, 37(6), 1338-1349. doi:10.1152/ jn.1974.37.6.1338
  8. Kukulka, C. G., & Clamann, H. P. (1981). Comparison of the recruitment and discharge properties of motor units in human brachial biceps and adductor pollicis during isometric contractions. Brain Research, 219(1), 45–55. doi: 10.1016/0006-8993(81)90266-3
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