Einleitung

Die Zunahme der Nutzung des Internets hat mittlerweile auch Auswirkungen auf die Lehre an Schulen, Universitäten oder anderen Bildungseinrichtungen. E-Learning bietet vielfältige Möglichkeiten (z.B. Diskussionsforen, Up- und Download von Dateien, Durchführung von Tests) um über das Internet die Lehre an einen beliebigen Ort zu transferieren. Die zu vermittelnden Inhalte können aktuell und vollständig für eine beliebige Anzahl an Personen angeboten werden und Platzmangel, wie es beim Präsenz-Lernen vorkommen kann, gehört der Vergangenheit an. Neben dem Wegfallen von Fahrzeiten zum Unterrichtsort können die Kosten hierfür ebenfalls gespart werden. Die selbstständige Zeiteinteilung führt zu einer Individualisierung des Lernprozesses, sodass auf die subjektiven Bedürfnisse (Lerngeschwindigkeit, etc.) eingegangen werden kann. Abgesehen von den Lernenden bietet diese Form der Vermittlung von Wissen auch Vorteile für die Bildungsinstitutionen (sie ist z.B. kostengünstiger).

Der Einsatz von multimedialen Mitteln kann viel zum Verständnis des zu vermittelnden Wissens beitragen. Multimedia kann besonders in Verbindung mit E-Learning genutzt werden und so für das Verständnis beim Lernen einen wertvollen Beitrag liefern.

Die Physiologie des menschlichen Körpers wird nachfolgend in Bezug zum Krafttraining gesetzt, und Möglichkeiten der Implementierung in ein multimediales Lernsystem beschrieben.

Der menschliche Bewegungsapparat

Das Gerüst des menschlichen Körpers in den passiven und den aktiven Bewegungsapparat unterteilt werden.

Passive Bewegungsapparat

Es werden knöcherne und knorpelige Strukturen unterschieden, die aufgrund ihres Aufbaus unterschiedliche Funktionen besitzen.

Knochen

„Die einzelnen Knochen bestehen hauptsächlich aus Knochengewebe, doch sind an ihrem Bau auch andere Gewebe beteiligt" (Lippert, Herbold & Lippert-Burmester 2006, S. 34) - hierbei sind Binde-, Deck- und Muskelgewebe sowie Nervengewebe zu nennen.

Das Knochengewebe ist hierbei zwei- bis dreimal schwerer als die übrigen Gewebe und der menschliche Körper verwendet es sparsam, um nicht schwerfällig zu werden. Im Detail besteht Knochengewebe aus Knochenzellen, den Osteozyten, dem Osteoid, das wiederum aus Interzellularsubstanz und kollagenen Fibrillen besteht, einer Kittsubstanz und verschiedenen Salzen. Hierbei gehören die Fibrillen zum organischen und die Salze, welche für die Härte und Festigkeit verantwortlich sind, zum anorganischen Anteil des Knochens. Je nach Anordnung der Fibrillen können zwei Knochenarten unterschieden werden - geflechtartiger Knochen, welcher vorwiegend in der Entwicklung vorkommt, ist von Lamellenknochen zu unterscheiden (Lippert et al., 2006; Schmidt, Lang & Thews, 2007).

Knochenformen

Knochen können aufgrund ihrer Morphologie klassifiziert werden, dabei werden lange, kurze und platte Knochen unterschieden. Die Röhrenknochen oder auch langen Knochen bestehen aus zwei Endstücken (Epiphysen) und einem Mittelstück (Diaphyse), das hohl ist, woraus sich auch der Name ergibt. Sie bestehen aus einer feste Außenschicht (substantia compacta) und innen aus einer schwammartigen Struktur (substantia spongiosa) oder einem Hohlraum. Der hohle Schaft bildet eine Markhöhle und ist mit Knochenmark gefüllt (Platzer, 2005).

Knorpel

Im Gegensatz zum Knochen ist das Knorpelgewebe druck- und biegungselastisch und besteht aus Knorpelzellen (Chrondrozyten) und Interzellularsubstanz. Je nachdem Beschaffenheit der Interzellularsubstanz, unterscheidet man zwischen hyalinen, elastischen und Faserknorpel. Die Interzellularsubstanz ist mit einem Wasseranteil von bis zu 70% für die grundlegende Stütz- und Pufferfunktion des Knorpels verantwortlich. Sie ist gefäß- und nervenfrei. Während sich Faserknorpel, der vorwiegend aus kollagenen Fasern besteht, vor allem in den Zwischenwirbelscheiben befindet, finden sich im menschlichen Körper auch elastischer Knorpel (Ohrmuschel, Nase, Kehldeckel, etc.). Im Gegensatz zum hyalinen Knorpel besitzt der elastische Knorpel vor allem elastische Fasern, die seine Biegsamkeit ermöglichen (Platzer, 2005).

Aktive Bewegungsapparat

Dem aktiven Bewegungsapparat ist die Muskulatur zuzuordnen. „Die Muskulatur besteht aus Zellen, die sich auf einen Reiz hin verkürzen können." (Silbernagel & Despopoulos, 2003, S. 58). Hinsichtlich des Muskelgewebes kann zwischen glatter, quergestreifter Skelettmuskulatur und der Herzmuskulatur unterschieden werden, wobei die Skelettmuskulatur hierbei den am höchsten organisierten Muskeltyp darstellt. Daneben existieren unterschiedliche Muskelfasertypen (schnell und langsam zuckende Muskelfasern), die in den einzelnen Muskelarten in unterschiedlichem Verhältnis vorhanden sind.

Glatte Muskulatur

Im menschlichen Körper ist die glatte Muskulatur im Gastrointestinaltrakt, der Gallen- bzw. Harnblase, den Harn-, Samen- und Eileitern, sowie in der Gebärmutter, den Bronchien und Gefäßen zu finden. Dabei ist diese Muskelform vor allem für den Transport von Speisebrei, die Entleerung der Hohlorgane und die Regulation des Blutdrucks verantwortlich (Junqueira, Carneiro & Gratzl, 2005).

Die glatte Muskulatur besteht aus mehreren Schichten spindelförmiger Zellen, mit jeweils einem elliptischen, zentral gelegenen Zellkern. Die Kontraktion der glatten Muskulatur ist nicht willkürlich, sondern wird vom vegetativen Nervensystem[1] gesteuert. Sie besitzt keine Sarkomere[2], daher keine Querstreifung und wirkt somit glatt. Die Fasern der glatten Muskulatur sind klein (50-200 mm, im schwangeren Uterus bis 500 mm lang) und haben einen Durchmesser von bis zu 10 mm. Neben den Aktin- und Myosinfilamenten, welche in der glatten Muskulatur nicht so regelmäßig wie in der Herz- bzw. Skelettmuskulatur angeordnet sind, sondern ein gitterförmiges Netzwerk bilden, enthalten glatte Muskelzellen auch Intermediärfilamente (stabile Komponenten des Zytoskletts) und „dense bodies"[3], welche durch ihren Anteil an a- Aktin den Z- Streifen[4] der Skelettmuskulatur entsprechen. Über „gap junctions"[5] werden benachbarte glatte Muskelzellen mechanisch gekoppelt. Die Kontraktion der glatten Muskulatur wird ähnlich der Skelettmuskulatur über Ca2+ gesteuert. Durch die Komplexbildung von Ca2+ an Calmodulin wird ein Enzym aktiviert, das wiederum an Aktin gebunden ist und den weiter unten beschriebenen Mechanismus der Filamentgleittheorie auslöst. Das Membranpotential der glatten Muskelzelle ist häufig nicht stabil, sondern ändert sich rhythmisch mit niedriger Frequenz und Amplitude (10-20mV). Glatte Muskulatur befindet sich andauernd in einem Zustand mit mehr oder weniger starken Kontraktionen. Die Längen-/Kraft-Kurve der glatten Muskulatur zeigt einen hohen Grad an Plastizität auf, d.h. die Kraft nimmt bei unveränderter Länge laufend ab- somit wird bei sehr langsamer Dehnung kaum ein Widerstand erzeugt. Nach einer Dehnung kann es sein das die glatte Muskulatur nicht in die ursprüngliche Ausgangslänge zurückkehrt, sondern es einer aktiven Kontraktion bedarf. Daher kann ein kontrahierter glatter Muskel umgekehrt in einem gedehnten Zustand ohne weitere Tätigkeit lange verweilen. Dieses Fehlen einer engen Beziehung zwischen Tonus und Länge ist für die Physiologie der glatten Muskulatur von enormer Wichtigkeit, denn erst dadurch können stark variierende Volumina (z.B. Blase) gespeichert und nach deren Aktivierung entleert werden (Junqueira et al., 2005; Silbernagel & Despopoulos 2003; Schmidt & Schaible 2005).

Herzmuskulatur

Dem Herzmuskel und dem Skelettmuskel ist eine Querstreifung gemeinsam, auch der kontraktile Apparat in beiden Geweben zeigt vergleichbare Strukturen. Hierbei ist der Herzmuskel unregelmäßiger aufgebaut und weniger gut entwickelt. Die einzelnen Zellen bestehen aus Gruppen von End- zu- End aneinander gekoppelten Einheiten und bilden ein spitzwinkliges Flechtwerk. Herzmuskelzellen haben einen Durchmesser von 15 mm, sind zwischen 80 und 10 mm lang und weisen einen, bzw. zwei zentral gelegene Kerne auf. Charakteristische Zellverbindungen sind die so genannten Glanzstreifen (auch disci intercalares), die die einzelnen Herzmuskelzelle zu einer funktionellen Einheit werden lassen und wie die „dense bodies" der glatten Muskulatur mit den Z- Scheiben der Skelettmuskulatur zu vergleichen sind. Für eine im Herz benötigte kontinuierliche Energiebereitstellung, verfügt die Muskelzelle hier über eine sehr gute Blutversorgung und zahlreiche Mitochondrien, welche bis zu 40% des Volumens der Herzmuskelzellen einnehmen (Junqueira et al., 2005; Lippert et al., 2006).

Skelettmuskulatur

Die Skelettmuskulatur macht je nach Geschlecht bis zu der Hälfte des Körpergewichts aus. Der menschliche Körper besteht aus über 660 Skelettmuskeln, welche sich aus ungefähr drei Viertel Wasser, ein Fünftel Protein und fünf Prozent Salz und anderen Substanzen zusammensetzen. Sie sind über Sehnen mit Knochen verbunden und ermöglichen durch Kontraktion Bewegung(en). Der Skelettmuskel lässt sich in einzelne Muskelfasern entsprechend einzelner Muskelzellen unterteilen, die jeweils mehrere Kerne enthalten. Im Unterschied zur Herzmuskulatur und glatten Muskulatur wird der Skelettmuskel willkürlich angespannt. Diese Erregung erfolgt nicht wie bei den anderen Muskelarten über die Weiterleitung benachbarter Muskelzellen, sondern durch das dazugehörige motorische Neuron.[6] Ein Skelettmuskel[7] besteht aus vielkernigen bis zu 30 cm langen Muskelfaserbündeln mit einem Durchmesser von 100 - 1000 mm. Der Skelettmuskel wird als Ganzes von einer derben Bindegewebshülle, dem Epimysium, umgeben. Das Perimysium wiederum umschlingt als dünne Bindegewebseptum im Inneren des Muskels Bündel von Muskelfasern. Jede Muskelfaser[8] hat einen Durchmesser zwischen 10 und 100 mm, und wird vom Endomysium umspannt, dazwischen liegen in einem verschlungenen Netzwerk Kapillaren, Lymphgefäße und Nervenfasern (Junqueira et al., 2005; Lippert et al., 2006; Platzer, 2005))

Dort befinden sich auch die Muskelspindeln, das sind Rezeptoren die über den Dehnungszustand des Muskels Rückmeldung geben.

„Einige Strukturen der Muskelzelle werden von der sonst üblichen Nomenklatur abweichend benannt. So wird das endoplasmatische Retikulum als sarkoplasmatisches Retikulum und das Zytoplasma als Sarkoplasma bezeichnet. Das Plasmalemm, das eine Muskelzelle umgibt, heißt Sarkolemm." (Junqueira et al., 2005, S. 146)

Das Sarkolemm umgibt die kontraktilen Elemente, die Myofibrillen und das Sarkoplasma. Im Sarkoplasma wiederum befinden sich Mitochondrien, Myoglobin, Glykogen, das sarkoplasmatische Retikulum und Fetttröpfchen. Glykogen ist im Sarkoplasma in großen Mengen vorhanden und dient als Depot für chemische Energie, die bei anfallenden Muskelkontraktionen notwendig ist. Die dunkelrote Färbung der Muskulatur ergibt sich durch das Myoglobin, das ein Speicher für den Sauerstoff ist (Silbernagel & Despopoulos, 2003).

Die Myofibrillen haben einen Durchmesser von 1-2 mm und haben jeweils ca. 4000 dünne Aktin- und 1000 dicke Myosinfilamente, die parallel in Längsrichtung des Muskels verlaufen. Die Struktur dieser Eiweißfilamenten ermöglicht eine Einteilung in helle und dunkle Abschnitte, und da die Z-Linien der Myofibrillen einer Muskelfaser ungefähr auf gleicher Höhe liegen und die Sarkomere gleich lang sind, erscheinen sie quergestreift. Die Sarkomere unterteilen jede Myofibrille, deren Ende die Z-Linien[9] bilden. Sie bestehen aus Eiweißfilamenten, wobei die Aktinfilamente in der Mitte der Z-Linie fixiert sind, und so in zwei benachbarte Sarkomere mit jeweils einer Hälfte hineinragen. Der helle Abschnitt nahe der Z-Linie in dem das Sarkomer nur aus Aktinfilament besteht ist das I-Band (von isotrop). Das A-Band (von anisotrop) bildet den dunklen Abschnitt in dem sich Aktin- und Myosinfilamente überlappen. Das H-Band bildet das Zentrum eines Sarkomers und eines A-Bandes, und teilt dieses durch die M-Linie (Dickhut, Mayer, Röcker & Berg, 2000; Junqueira et al., 2005; McArdle, Katch & Katch, 2001; Silbernagel & Despopoulos, 2003).

Aktin, Myosin und Titin

Aktin und Myosin haben als Eiweißfilamente mit ungefähr 55 Prozent den größten Anteil am Protein des Skelettmuskels. Das filamentöse Aktin (F-Aktin) besteht aus zwei verschlungenen Strängen und bildet so eine Doppelhelix. Die Myosinfilamente bestehen aus zwei identischen Bündeln von ca. 300 dimeren Myosin-II-Molekülen, wovon jedes zwei globuläre Köpfe besitzt, die eine Aktinbindungsstelle haben. Titin macht ca. 10 Prozent der Muskelmasse aus und verbindet die Enden der Myosinfilamente mit den Z-Linien. (Junqueira et al., 2005; McArdle, Katch & Katch, 2001; Silbernagel & Despopoulos, 2003)

Muskelfasertypen

Je nach Eigenschaft können die einzelnen Muskelfasern kategorisiert werden. Dabei unterscheidet man einerseits die Fast-twitch- (FT-) oder Typ-II-Fasern mit ihren zwei Untergruppen (Typ-IIa und Typ-IIb/x-Fasern) und andererseits die Slow-twitch- (ST-) oder Typ-I-Fasern. Die verschiedenen Fasertypen lassen sich je nach Myoglobingehalts im Skelettmuskel einteilen. Myoglobin ist für den O2-Kurzspeicher verantwortlich und kann dem Skelettmuskel je nach Gehalt eine rote Farbe verleihen. Auch der Gehalt von Enzymen des oxidativen bzw. glykolytischen Energiestoffwechsels und die Aktivität der Myosin ATP-ase unterscheiden sich bei den unterschiedlichen Fasertypen.

Die langsam kontrahierenden Typ-I-Fasern sind für die aerobe Energiebereitstellung geeignet. Sie besitzen eine sehr langsame Kontraktionsgeschwindigkeit, jedoch sind sie aufgrund ihrer enormen Ermüdungsresistenz besonders in stabilisierenden Muskelgruppen anzufinden. Die hohe Mitochondrienanzahl und der hohe Myoglobinanteil erlauben diese große aerobe Kapazität, und aufgrund letzteren erscheinen sie dunkel und werden auch rote Muskelfasern genannt. Die schnell zuckenden Typ-II-Fasern haben einen hohen anaeroben, glykolytischen Energieumsatz zur schnellen und kurzfristigen ATP-Bereitstellung. So kommt diesem Muskelfasertyp vor allem in Sportarten mit hohen Kraft- und Schnelligkeitsaspekt eine große Bedeutung zu. Der geringe Anteil an Myoglobin lässt sie blass erscheinen, weshalb sie auch weiße Muskelfasern genannt werden. Die Aktivität ihrer Myosin-ATPase ist höher als jene der Typ-I Fasern. Die Folge ist, dass sie dadurch schneller ermüden, insbesondere die Typ-IIB-Fasern. Bei anderen Autoren wird die Muskulatur analog zur Einteilung nach Typ-I bzw. -II in Typ-S- und Typ-F-Fasern untergliedert, wobei S hier für den langsamen Fasertyp (= slow) und F für den schnellen Fasertyp (= fast) stehen (Dickhuth et al., 2007; Schmidt & Thews, 1995; Silbernagel & Despopoulos, 2003).

Je nach Autoren werden andere synonyme Bezeichungen verwendet. So teilen Schmidt & Thews (1995) die Muskelfasern in Typ-I-, Typ-IIA- und Typ-IIB-Fasern ein, hingegen beschreiben Silbernagel & Despopoulos (2003) dieselben Fasern als S- bzw. F-Fasern. Dickhuth et al. (2007) hat eine übersichtliche Darstellung der Muskelfasertypen und ihren Eigenschaften publiziert, in der auch mögliche Synonyme enthalten sind. Je nach biologischer Funktion der Muskelgruppen kommt es so zu einer unterschiedlichen Faserverteilung, Zusätzlich gibt es große interpersonelle Unterschiede. Muskelgruppen die vorrangig Typ-II-Fasern besitzen sind zum Beispiel m. biceps brachi und m. soleus, hingegen haben m. gastrocnemius, m. erector spinae und m. vastus medialis hauptsächlich Typ-I-Fasern (Dickhuth et al., 2007; Wirhed, 2001).

Muskelkontraktion

„Bei der Muskelkontraktion wird chemische Energie in mechanische Energie und Wärme umgesetzt." (Weicker & Strobel, 1994, S. 324) Die chemische Energie, die in Form von ATP gespeichert ist, wird hierbei durch den Prozess der als elektromagnetische Kopplung bezeichnet wird zu 30-40% in mechanische Energie und zu 60-65% in Wärme umgesetzt. Wie schon weiter oben beschrieben kann der Skelettmuskel dabei im Gegensatz zu den anderen Muskelgeweben willkürlich angespannt werden. Die einzelnen Muskelfasern werden durch ein so genanntes Motoneuron aktiviert, das durch die motorische Endplatte am Muskel ansetzen.

Motorische Einheit

Ein Muskel besitzt mehrere motorische Einheiten, die unabhängig voneinander aktiv werden können. Die Anzahl der motorischen Einheiten eines Muskels, als auch die Zahl der Muskelfasern, die durch eine motorische Einheit innerviert werden, variiert. Eine motorische Einheit setzt sich aus einer Nervenzelle, die in Verbindung mit dem Gehirn steht, und den von ihr innervierten Muskelfasern zusammen. Je weniger Muskelfasern von einer motorischen Einheit versorgt werden, desto komplizierter ist dessen Motorik. In diesem Zusammenhang spricht man von feinmotorischen Muskeln. Umgekehrt werden mehrere grobmotorische Muskeln von derselben motorischen Einheit versorgt.[10] Nach der Aktivierung einer motorischen Einheit kommt es zur Kontraktion sämtlicher von der Einheit innervierten Fasern mit maximaler Kraft. Dadurch ergibt sich, dass die zu leistende Muskelkraft durch die Anzahl der erregten motorischen Einheiten bestimmt wird. Es sind immer die gleichen motorischen Einheiten, die bei leichter Belastung aktiviert werden. Bei ansteigender Belastung werden nach und nach die gleichen Einheiten herangezogen, sodass die Abfolge der verwendeten Strukturen des Muskels nichts ändert. In Verbindung mit der Anzahl der aktivierten motorischen Einheiten ergibt sich auch welche Muskelfasertypen genutzt werden. Zu Beginn werden Typ-I-Fasern aktiviert, danach folgen Typ-IIA-Fasern und zuletzt Typ-IIB-Fasern (Ahonen, Lahtinen, Sandström & Pogliani, 2008; Brinckmann, Frobin & Leivseth, 2000; Wirhed, 2001).

Da die Kraft einer motorischen Einheit, aufgrund des Alles- oder- Nichts- Gesetzes (ein Einzelreiz führt immer zu einer maximalen Calciumfreisetzung und damit einhergehend auch zu einer maximalen Einzelzuckung der Muskulatur) nur minimal variiert, ist eine Abstufung der Kraft einerseits durch eine unterschiedliche Rekrutierung motorischer Einheiten, anderseits durch die Änderung der Aktionspotentialfrequenz möglich. Je stärker und länger ein Reiz hinsichtlich der Erregung der Skelettmuskulatur ist, umso mehr motorische Einheiten werden rekrutiert.

Da ein Einzelreiz zwar zur maximalen Einzelzuckungen, nicht aber zur maximalen Verkürzung der Muskulatur und damit einhergehender maximaler Kraftentwicklung führt, kommt es erst durch eine Erhöhung der Stimulationsfrequenz zu einer Steigerung der Kraft. Die maximale mögliche Kontraktionsfrequenz der motorischen Einheiten wird Tetanus genannt.

Die Kontraktionskraft des Muskels hängt somit von der Anzahl der über die Aktinfilamente gleitenden Myosinköpfchen ab, was sich letztendlich in der Sarkomerlänge wiederspiegelt. So kann sich das Sarkomer durch den Kontraktionsvorgang um ca. ein Drittel der Gesamtlänge verkürzen. Die entwickelte Kraft eines Muskels hängt von der Länge seiner Sarkomere ab. Im Bereich der maximalen Kraft (a) kommt es zu einer Überlappung sämtlicher Myosinköpfchen mit den Aktinfilamenten. Eine Dehnung des Muskels führt zur Reduktion der Überlappung und einer linearen Abnahme der Muskelkraft mit der Sarkomerlänge ab (c). Eine geringe Sarkomerlänge führt zu einem Platzmangel, sodass die Aktinfilamente der gegenüberliegenden Z- Scheiben aneinander stoßen bzw. sich überlappen und so die Bewegung behindern (b).

Die durch die Kontraktion entstehende Kraft und Spannung bzw. geleistete Arbeit wird letztendlich vom Muskel über die Sehnen auf den passiven Bewegungsapparat übertragen.

Motorische Endplatte

Die Erregungsübertragung innerhalb einer motorischen Einheit muss zwischen Nerv und Muskelfaser eine spezifische Synapse - die motorische Endplatte - überwinden. Sie dehnt sich auf einen Bereich zwischen 40 und 60 mm aus und ist 6-10 mm dick. Die motorische Endplatte hat zwei Hauptaufgaben: sie verzögert die vom motorischen Nerv ausgehende Erregung und leitet sie nur dann weiter, wenn die Erregung hinsichtlich Stärke und Dauer ein bestimmtes Niveau überschreitet (Reizschwelle). In den letzten Nervenendigungen des präsynaptischen Teils wird die Überträgersubstanz Acetylcholin gebildert, gespeichert und ausgeschieden. Der Botenstoff Acetycholin erregt, im Falle eines überschwelligen Reizes, im Bereich der Triaden[11] die spannungssensiblen Rezeptoren (nikotinergen Cholinrezeptoren) des Sarkolemms, wodurch in der gesamten Muskelfaser ein Aktionspotential erzeugt wird. Die Rezeptoren stellen gleichzeitig einen Ionenkanal dar, der kationenspezifisch (Na+, K+, Ca2+) ist. Das heißt, bei einem Ruhepotential von ungefähr -90 mV kommt es zu einem Na+-Einstrom und einem geringeren K+-Ausstrom. Dieser Prozess führt zu einer Depolarisierung der postsynaptischen Endplatten, pflanzt sich über die Z-Linien der Sarkomere fort, und wird über die transversalen Tubuli in das Innere der Muskelfaser geleitet. Es kommt dadurch aus den angrenzenden longitudinalen Tubuli zur Freisetzung von Calcium-Ionen, wodurch schlussendlich der Kontraktionszyklus aktiviert wird. Der Anstieg der Ca2+-Konzentration sättigt deren Bindungsstellen von Troponin-C, wodurch der Hemmeffekt des Troponins auf das Filamentgleiten aufgehoben wird (Lang & Lang, 2007; Silbernagel & Despopoulos, 2003; Tittel, 2003).

Die Beschreibung dieses Prozesses ist stufenförmig anhand der Abbildung dargestellt. Das ankommende Aktionspotential aktiviert die Na+-Kanäle (1), wodurch die Zellmembran depolarisiert wird und es zur Öffnung spannungsunabhängiger Ca2+-Kanäle kommt (2). Die Folge ist die Verschmelzung acetylcholinhaltiger Vesikel mit der präsynaptischen Membran (3) und der Ausschüttung von Acetylcholin in den synaptischen Spalt (4), das sich an Rezeptoren bindet (5). Der ausgelöste Einstrom von Na+ depolarisiert die subsynaptische sowie die benachbarte postsynaptische Membran (6), und spannungsunabhängige Na+-Kanäle werden geöffnet (7). Das Ende der Erregung ist die Spaltung von Acetylcholin (8). Die Spaltprodukte Essigsäure und Cholin werden teilweise wieder in den Nervenendigung aufgenommen (9) und wieder in die Vesikel transportiert (10) (Lang & Lang, 2007).

Gleitfilamenttheorie

Eine Kontraktion ist die Verkürzung eines Muskels. Der eigentliche Vorgang, der die Kontraktion ermöglicht, findet zwischen den Aktin- und Myosinfilamenten statt. Die Gleitfilamenttheorie beschreibt die Muskelkontraktion, in der die Aktinfilamente zwischen die Mysionfilamente gezogen werden, ohne sich dabei zu verkürzen. Dabei ist für das Gleiten der einzelnen Filamente und somit für die Muskelkontraktion, der chemische Energieträger ATP (Adenosintriphosphat) notwendig. Ca2+ sättigt die Bindungsstellen des Troponins, die den Hemmmechanismus, welcher durch Troponin an Tropomyosin normalerweise aufrechterhalten wird, auflösen. In der Folge legt sich der Tropomyosinfaden in die Rinne zwischen die Aktin-Ketten, die er umschließt, und gibt so die Bindungsstelle für die Myosinköpfe an das Aktinfilament frei. In jedem Myosinkopf kann ein ATP Molekül gebunden werden. Normalerweise beträgt der Winkel zwischen dem Myosinkopf und dem restlichen Myosinmolekül 90 Grad. Der Einfluss von Ca2+ auf den Troponin-Tropomyosinkomplex führt zur Interaktion zwischen Aktin und Myosinköpfchen, Zusätzlich wird das im Myosinköpfchen liegende Enzym ATPase aktiviert, welches ATP in ADP (Adenosindiphosphat) und Phosphat spaltet. Die dadurch entstandene Energie führt zu einer festen Bindung zwischen Aktin und Myosin. Daneben bewirkt die Spaltung des ATP, dass die Myosinköpfchen um 40° kippen und an den Aktinfilamenten, mit denen sie in einer innigen Bindung stehen entlang gleiten. Die erneute Bindung von ATP-Molekülen an die Myosinköpfen führt zur Lösung der Verbindung (Weichmacherfunktion des ATP) und der Winkel der Myosinköpfe beträgt wieder 90°. Ist weiter Ca2+ in einer Konzentration von >10-6 mol/l vorhanden, beginnt der gesamte Mechanismus von neuem, was einem Weiterbestehen von Aktionspotentialen entspricht (die Höhe des Calziumsspielgels spiegelt hierbei der Frequenz der Aktionspotentiale wieder) (Silbernagel & Despopoulos, 2003; Reedy, 1993; Schmidt & Schaible, 2005).

Die beschriebene Muskelkontraktion, die durch das Gleiten der Myosin- und Aktinfilamente gekennzeichnet ist, führt zu einer Verkürzung der Sarkomere. Die Länge der Eiweißfilamente ändert sich dabei nicht, Aktin wird in die Myosinzwischenräume gezogen. Daraus ergibt sich, dass sich das H- und I-Band eines Sarkomers im Gegensatz zum A-Band verkürzt.

Arbeitsweisen und Kontraktionsformen der Muskulatur

Die Muskelkontraktion hat eine Verkürzung des Muskels zur Folge. Jeder Muskel besitzt einen Gegenspieler (Antagonist). Je nach Betrachtungsweise wechseln die Muskelgruppen so die Position des Spielers (Agonist) und Gegenspielers.[12] Die Muskulatur kann dabei auf unterschiedliche Weisen arbeiten.

Die Arbeitsweise ist die von außen sichtbare Veränderung der Körperposition durch muskuläre Aktivität. Sie kann dabei willkürlich gesteuert sein oder sich aufgrund der Umweltbedingungen ergeben. Die statische Arbeitweise führt zu keiner äußerlich erkennbaren Lage- oder Bewegungsänderung. Ansatz und Ursprung der Muskulatur bleiben unverändert, und die Muskelkräfte stehen mit den exogenen Kräften im Gleichgewicht. Diese Arbeitweise zeigt sich durch das Leisten von Haltearbeit.[13] Die dynamische Arbeitweise der Muskulatur kann man in zwei Abschnitte einteilen, den dynamisch-konzentrischen und den dynamisch-exzentrischen Bereich.

Am Beispiel des Klimmzugs und den arbeitenden m. biceps brachii kann die Arbeitsweise erläutert werden. Der Muskel arbeitet in der Zugphase konzentrisch, d. h. Ansatz und Ursprung nähern sich an. Nach der Umkehr der Bewegung arbeitet der m. biceps brachii exzentrisch, und es entfernen sich dessen Ansatz und Ursprung. Die Arbeitsweise eines Muskels oder mehrerer Muskelgruppen ergibt sich durch die zu eingesetzte Muskelkraft. Ein Muskel kann nur konzentrisch arbeiten wenn die zu bewältigende Last kleiner ist als die zur Verfügung stehende Muskelkraft. Ist die bewältigende Last genau gleich der Muskelkraft handelt es sich um statische Bedingungen. Die exzentrische Arbeitweise kommt zum tragen wenn die Last größer ist als die Muskelkraft.

Es gibt zwei (theoretisch drei) unterschiedliche Kontraktionsformen der Muskulatur. Die isometrische Kontraktion zeigt sich durch eine konstante Muskellänge bei gleicher Spannung, d.h. es wird einem Widerstand genau die gleiche Kraft entgegengebracht, sodass es zu keiner von außen sichtbaren Bewegung kommt. Diese Kontraktionsform entspricht einer statischen Arbeitsweise. Die isotonische Kontraktionsform ist nur im physikalischen Experiment möglich, und ist die Umkehrung der isometrischen Kontraktion - konstante Muskelspannung bei Längenänderung. Unter auxotonischen Kontraktionsformen werden Mischformen verstanden, die dynamisch sind. Die auxotone Muskelkontraktion die am häufigsten vorkommende Kontraktionsform des Menschen und zeigt sich durch Spannungsänderungen bei gleichzeitigen Längenänderungen (Froböse, Nellessen & Wilke, 2003; Silbernagel & Despopoulos, 2003; Wick, 2005).

Energiebereitstellung der Muskulatur

„Die Muskelkontraktion wird direkt mit der chemischen Energie des Adenosintriphosphates (ATP) gespeist." (Silbernagel & Despopoulos, 2003, S. 72) Der ATP-Speicher ist im Muskel nur sehr begrenzt (ca. 6mmol/ kg Muskel), weshalb er laufend regeneriert werden muss. Dazu stehen verschiedene Stoffwechselvorgänge zur Verfügung, die je nach Intensität der Leistung angekurbelt werden können. Neben der unmittelbar einsetzenden und kurzzeitig ablaufenden Spaltung von Kreatinphosphat (der Vorrat beträgt ca. 25mg pro g Muskel), welche für kurzfristige Höchstleistungen von 10-20sec ausreicht, wird ATP durch die anaerobe Glykolyse und die aerobe Oxidation von Glukose und Fettsäuren im so genannten Zitronensäurezyklus und der Atmungskette über das gemeinsame Stoffwechselzwischenprodukt der aktivierten Essigsäure[14] hergestellt. Für die kurzzeitige Speisung von ATP zur Muskelkontraktion kommt es zu einer Spaltung von Kreatinphosphat über das Enzym Kreatinkinase, das an die Generation von ATP gekoppelt ist. Im Gegensatz dazu wird bei der anaeroben Glykolyse im Muskel gespeichertes Glykogen zu Milchsäure[15] abgebaut. Auf diese Weise entstehen 2 mol ATP pro mol Glukose. Die wesentlich effektivere und längerfristige Energiegenerierung, die nicht mit einer Anhäufung von Laktat einhergeht, ist die aerobe Oxidation (es werden 36 mol ATP/ mol Glukose produziert[16]), die nur dann ablaufen kann wenn der menschliche Organismus genug Sauerstoff zur Verfügung hat. Um dauerhaft ATP herzustellen muss sich der menschliche Körper in einem „steady state"[17] befinden. Alternativ kann durch die Oxidation von freien Fettsäuren, welche genau wie Glukose aus dem Blut aufgenommen und in Muskel in Form von Triglyceriden im Muskel zwischengelagert werden können, Glukose, bzw. dessen Speicherform Glykogen eingespart werden.[18] Glykogen ist deshalb so wertvoll, da seine aeroben ATP-Resyntheseraten doppelt so hoch sind wie die von Fett. Außerdem sind die Glykogenspeicher mit 500g im Gegensatz zu 12kg mobilisierbaren Fettreserven recht begrenzt. Als Endprodukte der Energiebereitstellung des Muskels finden sich CO2, H20 und Laktat. Hierbei werden erstere beiden abgeatmet, bzw. im Organismus wiederverwertet. Das bei anaeroben Stoffwechselvorgängen entstehende Laktat verbleibt entweder im Muskel, oder kann in speziell dafür ausgestatten Zellen in Pyruvat zurückgeführt und anschließend mit O2 oxidiert werden. Zusammenfassend können die verschiedenen Energiebereitsstellungsformen in Anlehnung an die nachfolgende Tabelle in anaerob alaktazid, anaerob laktazid und aerob unterteilt werden. Es wird ersichtlich, dass die anaerobe laktazide Energiebereitstellung nur über den Abbau von Glykogen ablaufen kann, während bei der aeroben Energiebereitstellung auch die Oxidation von Fettsäuren und Eiweißen genutzt werden kann (Silbernagel & Despopoulos, 2003; Schmidt et al., 2007).

Krafttraining

Die Kraft ist ein Bestandteil der konditionellen Fähigkeiten, und ist in Abhängigkeit der Sportart ein wesentlicher Faktor bei der Leistungserbringung. Um jedoch diese Fähigkeit spezifisch trainieren zu können, muss zunächst geklärt werden, was unter Kraft verstanden werden kann.

Definition der Kraft

Die physikalische Definition von Kraft geht auf die Formel Kraft (in N) ist das Produkt aus Masse (in kg) und Beschleunigung (ms2) zurück. Zatsiorsky (2002, S. 39) kommt daraus zum Schluss, dass „Kraft oder Muskelkraft die Fähigkeit ist, die maximum-maximorum-Kraft Fmm[19] zu entwickeln." Diese Perspektive auf die Kraft lässt sämtliche endogenen Kräfte außer Acht und betrachtet lediglich die exogenen Kräfte, die zwischen dem Individuum und der Umwelt wirken. Die Formulierung einer präzisen Definition, die neben den physischen auch die psychischen Aspekte erfasst, ist äußerst schwierig. „Alle körperlichen Tätigkeiten des Menschen sind ohne Kraft undenkbar." (Ehlenz, Grosser & Zimmermann, 2003, S. 10). Gerade die Ausführungen von sportlichen Leistungen, können vielfach nur durch den Einsatz von Kraft zustande kommen.

„Kraft im biologischen Sinne ist die Fähigkeit des Nerv- Muskel- Systems, durch Muskeltätigkeit (= Innervations- und Stoffwechselprozesse mit Muskelkontraktionen) Widerstände zu überwinden (konzentrische Kontraktion), ihnen entgegenzuwirken (exzentrische Kontraktion) bzw. sie zu halten (isometrische Kontraktion)." (Ehlenz, et al., 2003, S. 11)

Ähnlich definieren Tomasits und Haber (2008, S. 27) die Muskelkraft und beschreiben sie als „Fähigkeit des Muskels, Spannung zu entwickeln. Ob auch dabei auch Bewegung entsteht, hängt von der Größe des Widerstandes ab." Die gemeinsame Betrachtung dieser Definitionen ist für die weitere Erläuterung des Krafttrainings von essentieller Bedeutung. Insbesondere im Sport sollte die Kraft nicht als einfache Größe gesehen werden, denn sie hat die Eigenschaften eines Vektors und daher auch bezüglich Richtung und Angriffspunkt beschrieben werden. Die sportlichen Bewegungen finden in einer bestimmten Zeitspanne ab, weshalb nicht nur die Kraft zu einem bestimmten Zeitpunkt, sondern innerhalb eines ganzen Kraft-Zeit-Kontinuums von Bedeutung ist (Zatsiorsky, 2002).

Arten der Kraft

Kraft lässt sich in ihrer Erscheinungsform in unterschiedliche Kraftarten gliedern. Zunächst kann die Kraft in eine dynamische und eine statische Kraft unterteilt werden, die sich wie die Arbeitsweisen der Muskulatur verhalten. Die dynamische Kraft äußert sich durch eine von außen beobachtbare Bewegung, im Gegenteil zur statischen Kraft bei der eine haltende Position eingenommen wird. Zusätzlich kann Kraft in Hinblick auf den Anteil der beteiligten Muskulatur in eine allgemeine und eine lokale Kraft, und unter dem Aspekt der Sportartspezifität in eine allgemeine und spezielle Kraft getrennt werden. Als allgemeine Kraft bezeichnet man das Kraftniveau der Hauptmuskelgruppen (Rumpf- und Extremitätenmuskulatur), im Gegensatz zur lokalen Kraft, die sich nur auf einzelne Muskeln bzw. Muskelgruppen bezieht. Der Bezug von Kraft und Sportart zeigt sich in der speziellen Kraft, die jene Muskelgruppen mit einbezieht, die an einem sportlichen Bewegungsablauf leistungsbestimmend sind. Die allgemeine Kraft als deren Pendant umfasst die sportartunabhängige Kraft der Hauptmuskelgruppen (Weineck, 2004b).

Maximalkraft

Die Maximalkraft ist eine Bruttogröße zur Beschreibung der Krafteigenschaft der Muskulatur, ähnlich wie die VO2max für die Ausdauer. „Die Maximalkraft ist die höchste Kraft, die das neuromuskuläre System bei einer maximalen willkürlichen Kontraktion entfalten kann." (Güllich & Schmidtbleicher, 1999, S. 224) Sie kann in eine isometrische bzw. statische und eine dynamische Maximalkraft unterteilt werden. Die dynamische Maximalkraft ist die höchste Kraft, die das Nerven-Muskel-System bei willkürlicher Kontraktion innerhalb eines Bewegungsablaufs umsetzen kann. Sie wird mittels Einwiederholungsmaximum[20] bestimmt, darunter versteht man jene Last die, die genau einmal gehoben werden kann. Die statische Maximalkraft ist hingegen die höchste Kraft, die das neuromuskuläre System bei willkürlicher Kontraktion gegen einen unüberwindbaren Gegenstand auszuüben vermag. Die konzentrische und isometrische Maximalkraft sind abhängig von Muskelfaserquerschnitt und -anzahl, Muskelstruktur, Muskelfaserlänge und Zugwinkel, intra- und intermuskulärer Koordination, Kontraktionsgeschwindigkeit der Muskulatur, Energiebereitstellung, Muskelvordehnung, Motivation, Trainingszustand, Geschlecht und Alter. Die exzentrische Maximalkraft ist durch eine Überforderung der Muskulatur gekennzeichnet, die auch bei maximaler willkürlicher Kontraktion den Widerstand nicht entgegen wirken kann. Die Höhe der entwickelten Kraft wird nun von dem durch Kontraktion erreichten Kraftwert, passiven Elastizitätskräften und der reflektorischen Aktivierung der Muskelfaser (Dehnungsreflex) bestimmt (Ehlenz et al., 2003; Güllich & Schmidtbleicher, 1999).

Schnellkraft

„Schnellkraft ist die Fähigkeit des neuromuskulären Systems, einen möglichst großen Impuls (Kraftstoß) innerhalb einer verfügbaren Zeit zu entfalten. Ein Impuls ist charakterisiert durch die Steilheit des Kraftanstieges, das realisierte Kraftmaximum und die Impulsdauer." (Güllich & Schmidtbleicher, 1999, S. 225)

Das heißt, die Schnellkraft wird durch drei Faktoren bestimmt, wobei Kraftanstieg und Kraftmaximum mehr von Bedeutung sind. Die Impulsdauer kann in vielen sportlichen Bewegungen nicht oder nur kaum beeinflusst werden. Der Beschleunigungsweg ist in den meisten Sportarten limitiert, sodass hier kein weiteres Potential vorhanden ist.[21] Zusätzlich kann die Schnellkraft in eine Start- und eine Explosivkraft getrennt werden. Die Startkraft betrifft die ersten 50 ms einer Kraftbewegung, und ist die Fähigkeit des Nerv-Muskel-Systems in diesem Zeitraum einen maximalen Kraftwert zu realisieren (Ehlenz et al., 2003; Güllich & Schmidtbleicher, 1999, S. 225).

Explosivkraft

Die Limitierung des Beschleunigungsweges hat zur Folge, dass der Kraftanstieg für die Erhöhung Schnellkraft wichtig ist. Je kürzer die zur Verfügung stehende Zeit ist, desto wichtiger ist die Steilheit des Kraftanstiegs für die Schnellkraft. Die Explosivkraft ist daher die Fähigkeit einen möglichst steilen Kraftanstieg zu erzeugen und diesen maximal weiterzuführen. Das Kraftmaximum bezeichnet die Fähigkeit in Abhängigkeit der zu überwindenden Last und gegebener Beschleunigung einen möglichst hohen Kraftwert zu erreichen. Es ist umso geringer, je kleiner die zu beschleunigende Last ist und je kürzer die vorhandene Impulsdauer ist. Daher sind Schnellkraftleistungen die innerhalb von 200 ms realisiert werden müssen hauptsächlich von der Explosivkraft abhängig. Leistungsbestimmende Faktoren sind die Kontraktionsgeschwindigkeit der vorwiegend schnellen Muskelfasern, die neuronale Aktivierung und der Muskelquerschnitt (Ehlenz et al., 2003; Güllich & Schmidtbleicher 1999). In manchen Sportarten wäre eine Verlängerung des Beschleunigungsweges möglich, jedoch nicht Ziel führend. Der realisierte Kraftstoß könnte bei Schlägen und Tritten in Kampfsportarten[22] durch ein weiteres Ausholen erhöht werden, jedoch würde es gleichzeitig das Treffen des Gegners bzw. der Gegnerin erschweren oder sogar unmöglich machen.

Reaktivkraft

Die Reaktivkraft bildet aufgrund ihrer Entstehung eine eigenständige Dimension. Sie tritt bei Leistungen des Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus (DVZ) auf, das heißt bei exzentrisch-konzentrischer Muskelkontraktion. Die Muskulatur muss zunächst nachgebend arbeiten und wird gedehnt, um dann überwindend die Kraft zu entfalten. Es kommt bei Schnellkraftleistung im Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus zusätzlich zur willkürlichen neuronalen Aktivierung in Abhängigkeit von der Dehnungsgeschwindigkeit in der exzentrischen Phase der Bewegung zu einer neuronalen Aktivierung der Muskulatur aufgrund des Dehnungsreflexes. Die Dehnungsgeschwindigkeit spielt beim Dehnungs-Verkürzungszyklen eine wichtige Rolle, weshalb man zwischen einen kurzen (<200 ms) und einen langen (>200ms) Zyklus unterscheidet[23]. Die größere Dauer des langen Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus führt dazu, dass das realisierte Kraftmaximum vorwiegend von der Maximalkraft bestimmt wird. Daneben ist das Elastizitäts- und Innervationsverhalten von Muskeln, Bändern und Sehnen ein leistungsbestimmender Faktor. Annahmen gehen davon aus das ungefähr 90 Prozent der sportlichen Bewegungen[24] einen Dehnungs-Verkürzungszyklus enthalten (Ehlenz et al., 2003; Güllich & Schmidtbleicher, 1999).

Kraftausdauer

Kraftausdauer ist „die Fähigkeit des neuromuskulären Systems, eine möglichst hohe Impulssumme (Kraftstoßsumme) in einer gegebenen Zeit gegen höhere Lasten zu produzieren." (Güllich & Schmidtbleicher, 1999, S. 225f)

Das Ziel ist es einer auftretenden Ermüdung entgegenzuwirken, um so die Kraftleistung über einen längeren Zeitraum aufrecht zu halten bzw. den Abfall des Kraftniveaus möglichst gering zu halten.

Die Kraftausdauer ist wie schon die Schnellkraft eine Kombination von Kraft und Ausdauer, und je nach Anforderung kommt einem Bereich die größere Bedeutung zu. Die Kraftausdauer steht in Abhängigkeit zur Maximalkraft, deren Einfluss umso größer ist je größer die zu bewegende (dynamisch) beziehungsweise haltende (statisch) Last ist. Neben der Maximalkraft sind die aerobe und anaerobe Kapazität, sowie die lokale und zentrale Ermüdung leistungsbestimmende Faktoren (Ehlenz et al., 2003).

Auswirkungen des Krafttrainings

Je nach Art und Umfangs des Krafttrainings, kommt es zu kurz-, mittel-, bzw. langfristigen Adaptationsvorgängen. Zu Beginn des Krafttrainings erfolgt ein Kraftzuwachs vor allem durch neuromuskuläre Vorgänge (besonders durch Verbesserung der Synchronisation), im weiteren Verlauf des Krafttrainings kommen auch morphologische Veränderungen im Muskel zum Tragen.

Vermehrung des Energiedepots und der Energiebereitstellung

Krafttraining führt in Abhängigkeit der Gestaltung nicht nur zu Veränderungen der Muskelkraft, sondern auch zu einer Änderung der biochemischen Kapazitäten des Skelettmuskels mit einer Erhöhung seiner ATP-, Glykogen- und Kreatinphosphatspeicher. Eine häufige Entleerung durch gezieltes Krafttraining führt zu einer Adaptation der Muskulatur. Die Speicherkapazität wird durch die Zunahme des Zytoplasmas der Zelle erhöht. Die Energiespeicher Glykogen und Kreatinphosphat liegen im Zytoplasma der Zelle, und bewirken so eine Zunahme der Energiedepots der einzelnen Muskelzellen. Zusätzlich kommt es zu einer erhöhten Enzymaktivität in der Energiebereitstellung durch einen Anstieg der Kreatinphosphatkinase, der Myokinase, der Phosphofruktokinase und des Kalziums (Baechle & Earle, 2008).

Muskelhypertrophie

Die Hypertrophie der Muskulatur, die durch Krafttraining mit hohen Widerständen ausgelöst werden kann, zeigt sich in der Zunahme des Querschnitts des Muskels. Diese wird durch eine Querschnittsvergrößerung der einzelnen Fasern bedingt, und nicht durch eine Zunahme der Faserzahl. Es kann zwischen sarkoplasmatischer und myofibrillärer Hypertrophie unterschieden werden. Die sarkoplasmatische Hypertrophie ist typisch für eine/n Bodybuilder/in und äußerst sich in der Zunahme an Sarkoplasma und der nicht kontraktilen Proteine. Hingegen ist die myofibrilläre Hypertrophie für ein/e Gewichtheber/in charakteristisch, und bedeutet, dass es zu einer Vergrößerung der Muskelfaser durch mehr Myofibrillen bzw. Aktin- und Myosinfilamente kommt. Es gibt vier Theorien, die den Grund für Hypertrophie zu erklären versuchen Die Hypothese der gesteigerten Blutzirkulation geht davon aus, dass die erhöhte Blutzirkulation im arbeitenden Muskel der auslösende Reiz für die Hypertrophie ist. Nach der Muskelhypoxie-Hypothese führt ein Blut- und somit Sauerstoffmangel zur Auslösung der Proteinsynthese.[25] Die ATP-Mangel-Theorie glaubt, dass die Reduktion der ATP-Konzentration nach einem Krafttraining zum Muskelwachstum führt.[26] Die Energie-Theorie gibt als Grund für die Zunahme des Protein-Katabolismus, die Verringerung der Energie der Proteinsynthese in der Muskelzelle während des Krafttrainings an (Zatsiorsky, 2002).

Muskelhyperplasie

Hochintensive Belastungen durch Krafttraining oder hohe Dehnungsbeanspruchungen können zu einer kompletten Neubildung von Muskelfasern führen. Dieser Prozess wird in der Physiologie als Muskelhyperplasie verstanden. Tierversuchen sowie fetale und postnatale Untersuchungen am Menschen konnten dieses Phänomen bestätigen, wobei hier trotzdem noch keine eindeutig gesicherten Daten vorhanden sind (Rost, 2001; Tittel, 2003; Weineck, 2004b, Zatsiorksy, 2002) weshalb manche Autoren (Tomasits & Haber, 2008) noch gegenteiliger Ansicht sind. Zatsiorksy & Kraemer (2006, S. 50) beziehen sich auf neue Untersuchungen, die gezeigt haben, dass am Muskelwachstum Hypertrophie als auch Hyperplasie beteiligt sind, auch wenn der Anteil der Hyperplasie äußert gering ist (<5%).

Optimierung der intra- und intermuskulären Koordination

Das zentrale Nervensystem ist im Krafttraining und bei der Erhöhung der Muskelkraft von großer Bedeutung. Neben der Möglichkeit der Hypertrophie (und vielleicht auch Hyperplasie) ist die Anzahl der willkürlich aktivierten Muskelfasern für die Höhe der Kraftentwicklung verantwortlich - die intramuskuläre Koordination. Der Zentrale Nervensystem nutzt drei Möglichkeiten bei der Kraftentfaltung: Rekrutierung, Frequenzierung und Synchronisation. Die Rekrutierung bezeichnet die Anzahl der verwendeten (rekrutierten) motorischen Einheiten. Die Synchronisation weist auf die mehr oder weniger zeitgleiche Verwendung dieser Einheiten hin. Und zuletzt kann über die Frequenzierung die Entladefrequenz der motorischen Einheiten variiert werden. In diesem Zusammenhang kommt es zu einer verbesserten Kontraktionsgeschwindigkeit. Daneben ist das Niveau der intermuskulären Koordination ebenfalls für die Kraft relevant. Bei den meisten Bewegungshandlungen sind eine Vielzahl von Muskelgruppen beteiligt, deren Zusammenarbeit für die benötigten Bewegungsmuster optimiert wird (Ehlenz et al., 2003, Zatsiorsky, 2000).

Veränderungen des hormonellen Systems

Ein kontinuierliches Krafttraining führt zu einem Anstieg von anabolen Hormonen (Kraemer & Häkkinen, 2002). Hierzu zählt vor allem Testosteron, dessen Serumlevel nach einem Training von großen Muskelgruppen, stark ansteigt, daneben sind Wachstumshormone und IGF (Insulin-like growth factors) zu nennen. Obwohl Wachstumshormone vor allem in der Kindheit wichtig für die normale Entwicklung spielen, scheinen sie bezüglich der Stressresistenz im Krafttraining eine entscheidende Rolle zu spielen. Auch auf adrenerge Hormone hat Krafttraining einen Einfluss. Vor allem bei intensivem Training, mit hohem Umfängen und kurzen Pausen, kommt es zu einer Steigerung der Stresshormone (z.B. Cortisol). Bei chronisch erhöhtem Cortisollevel sind jedoch den eigentlich Zielen des Krafttrainings entgegenwirkenden katabolen Effekten zu finden. (Baechle & Earle, 2008)

Veränderung auf die Körperzusammensetzung

Krafttraining führt langfristig zu einer Reduktion des Körperfettanteils, und somit zu einer Erhöhung der fettfreien Massen. (Baechle & Earle, 2008)

Physiologische Begründung der Methoden des Krafttrainings

Je nach Zielsetzung werden im Krafttraining unterschiedliche Methoden eingesetzt. Diese können anhand der folgenden Belastungsnormativen beschrieben werden: Intensität, Dauer, Umfang, Dichte und Häufigkeit.

Die Belastungsintensität bestimmt vorrangig das gewünschte Trainingsziel, und kann in Prozent des Einwiederholungsmaximums angegeben werden. Sie steht in Abhängigkeit zur Belastungsdauer umso höher desto niedriger die Intensität ist. Diese beschreibt die Zeit während es zu einer ununterbrochenen Reizsetzung auf den Körper durch erzwungene Muskelkontraktion kommt. Angegeben wird sie üblicherweise in Sekunden, wobei sie ebenfalls durch Wiederholungszahl und Bewegungsgeschwindigkeit ermittelt werden kann. Die Wiederholungszahl eines Satzes bzw. einer Serie wird als Belastungshäufigkeit bezeichnet, und drückt die Anzahl der einzelnen Reize pro Serie/Satz aus. Der Belastungsumfang ist die Gesamtmenge der Belastungsreize und ergibt sich durch die Multiplikation von Satz/Serien, Wiederholungen, Widerstand und Zahl der Übungen und wird in Tonnen angegeben. Die Belastungsdichte beschreibt das Verhältnis von Belastungs- und Erholungsphasen. Eine vollständige Pause erlaubt zu mindestens eine komplette energetische Erholung, im Gegensatz zur „lohnenden" Pause, deren Anwendung hauptsächlich im Intervalltraining (beim Ausdauertraining) Eingang findet, und das Ziel einer kumulativen Ermüdung anstrebt.

Erhöhung der Muskelmasse (Hypertrophietraining)

Ist das Trainingsziel eine Erhöhung der Muskelmasse bzw. des Muskelquerschnitts muss mit einer Reizintensität zwischen 60 und 90 Prozent des One-Repetition-Maximums gearbeitet werden. Es ergibt sich dadurch eine Belastungshäufigkeit von 6 bis 20 Wiederholungen und - in Abhängigkeit der Kontraktionsgeschwindigkeit, die bei submaximalen Lasten die Bewegungsgeschwindigkeit beeinflusst - eine Belastungsdauer von 20 bis 40 Sekunden, wodurch eine vollständige Ermüdung erreicht wird. Dieser Stimulus führt zu einem Anstieg der energiereichen Phosphate in der Muskelzelle und die zunehmende Ermüdung führt zur Rekrutierung vorher nicht eingesetzter motorischer Einheiten. Die Hypertrophie ist am größten wenn der ATP-Abbau, die Rate des Proteinabbaus und der Absolutwert der mechanisch verrichteten Arbeit am höchsten sind, daher werden 3-6 Sätze pro Muskelgruppe mit vollständigen Pausen (2-5 Minuten) durchgeführt. Die Kontraktionsgeschwindigkeit ist nicht von zentraler Bedeutung, da der energetische Prozess im Vordergrund steht. Um eine maximale Ermüdung im Muskel erreichen zu können muss dementsprechend ein Maximum an motorischen Einheiten ermüdet werden. In der ersten Wiederholung eines Satzes werden motorische Einheiten (diese besitzen jeweils eine unterschiedliche Ausdauer) aktiviert. Ab einer bestimmten Belastungsdauer sind manche von ihnen ermüdet, weshalb neue motorische Einheiten rekrutiert werden müssen. Dieser Ablauf geht solange weiter, bis eine bestimmte Menge an motorischen Einheiten ermüdet ist, nur diese werden trainiert. Die nicht ermüdeten Einheiten konnten nicht ausgereizt werden, genau wie jene Einheiten, die nicht rekrutiert werden konnten, weshalb diese nicht trainiert wurden. Als Bedingung für den Erfolg dieser Methode müssen genügend Proteine durch die Nahrung aufgenommen werden, um so die Neusynthese der kontraktilen Proteine zu ermöglichen. Diese Methode ermöglicht eine Verbesserung der Maximalkraft durch die Vergrößerung des Muskelquerschnitts. Wenn das Körpergewicht durch Gewichtsklassen nicht limitiert ist (z.B. Gewichtheben, Judo, Boxen) kann diese Krafttrainingsmethode neben dem Intramuskulären-Training verwendet werden (Deetjen, 2007; Zatsiorsky, 2002).

Steigerung der willkürlichen neuromuskulären Aktivierungsfähigkeit (IK-Training)

Das Training der intramuskulären Koordination im Krafttraining (IK-Training) führt zu einer Verbesserungen der zentral nervösen Steuerungs- und Regelungsprozesse. Der erste Effekt eines Krafttrainings ist (bei maximalen tetanischen Kontraktionen) zwar eine erhöhte Rekrutierung, doch kann diese gemeinsam mit Frequenzierung und Synchronisation zusätzlich trainiert werden. Ziel ist es die Anzahl der willkürlich aktivierbaren kontraktilen Elemente zu erhöhen, die Entladung der Motoneuronen mit optimaler Frequenz zu erreichen und zu synchronisieren. Erreicht werden können diese Ziele durch das Bewältigen maximaler Lasten (90 bis 100 Prozent des One-Repetition-Maximums) bei explosiver Kontraktionsgeschwindigkeit. Letzte ist besonders wichtig, um möglichst viele schnelle Muskelfasern ansprechen zu können. In Sportarten in denen die Maximalkraft besonders relevant ist, wird diese Methode vorrangig angewendet, z.B. Gewichtheben. (Zatsiorsky, 2002)

Verbesserung der Kraftausdauer (KA-Training)

Genau genommen handelt es sich beim Kraftausdauertraining (KA-Training) so wie beim Hypertrophietraining um die Methode submaximaler Krafteinsätze. Ziel ist es jedoch nicht den Muskelquerschnitt zu vergrößern, sondern die Verbesserung des Energieflusses zu gewährleisten. Je kürzer die gewünschte Belastungsdauer, desto höher wird die Belastungsintensität und die Ähnlichkeit zum Hypertrophietraining. Die Intensität liegt zwischen 30 und 60 Prozent des EWM und führt bei entsprechender Belastungsdauer (30-120 Sekunden) zur Beanspruchung der laktaziden Energiebereitstellung. Die Folgen sind eine erhöhte Säuretoleranz, eine bessere Regenerationsfähigkeit nach derartigen Belastungen, die Ökonomisierung dieses Stoffwechsels und eine Vergrößerung des Muskelglykogenspeichers. Vor allem Sportarten, die Ähnlichkeiten in der Belastungsstruktur zu dieser Methode zeigen, trainieren nach dieser Methode, zum Beispiel Schwimmen (200m, 400m), Laufbewerben der Leichtathletik (400m, 800m, 1500m), Eisschnelllauf (1000m, 1500m, 3000m). (Ehlenz et al., 2003)

Verbesserung der Reaktivkraft (Plyometrisches Training)

Das Training der Reaktivkraft war bis zu den 1960er Jahren ein untergeordneter Bereich im Trainingsprozess. Die Methode nutzt reaktive Anpassungen des menschlichen Organismus im Dehnungs-Verkürzungszyklus, wobei reversible und nicht exzentrische Muskelarbeit im Vordergrund steht. Zatsiorsky (2002, S. 69) begründet damit, dass die Bezeichnung plyometrisches Training nicht korrekt ist. AnfängerInnen und Untrainierte können diese Kraftart auch durch die anderen Krafttrainingsmethoden verbessern. Diese Fertigkeit ist jedoch bei SpitzensportlerInnen so spezifisch ausgeprägt, dass die maximale Muskelkraft und die Kräfte bei schneller reversibler Muskelarbeit nicht korrelieren, weshalb diese motorischen Eigenschaften getrennt trainiert werden sollten.

Unabhängig von den Belastungsnormativen muss exzentrisch-konzentrische Arbeit verrichtet werden. Die Kontraktionsgeschwindigkeit soll explosiv und sein, und wenn möglich soll die Dauer der Umkehrphase der Bewegung kürzer als 200 ms sein. Trotz der (supra-)maximalen Intensität muss eine möglichst schnelle Bewegungsausführung angestrebt werden. Der Umfang ist in Abhängigkeit von den gewählten Übungen (Hüpfen, Sprünge, Tiefsprünge (Schmidtbleicher, 1985 in Ehlenz et al., 2003, S. 121) unterschiedlich, insgesamt jedoch relativ niedrig (3-5 Serien/Sätze bei 10-12 WH).

Implementierung in ein multimediales Lehr-/Lernsystem

Dieses Kapitel behandelt die Möglichkeiten der Einbettung der beschriebenen physiologischen Grundlagen in ein multimediales Lehr-/Lernprogramm. Die Nutzung könnte sowohl online als auch über diverse Datenträger (CD, DVD, etc.) möglich sein.

Multimedia

Das Wort setzt sich aus zwei lateinischen Wörtern (mulus: viel, vielfach, mehrfach und media: Mittel, Mittelglied, vermittelndes Element) zusammen, aus denen sich ableitet, dass unter Multimedia der kombinierte Einsatz mehrerer Medien verstanden werden kann. Der Etymologie folgend kommt Henning (2007, S. 19) zu einer ähnlichen Begriffsbestimmung:

„Im Zentrum von Multimedia stehen Menschen und ihre Wege, mit anderen Menschen und ihrer Umwelt zu kommunizieren. Die Kommunikation wird über verschiedene Kanäle abgewickelt. ... Diese Kanäle sind nur teilweise mit den klassischen „fünf Sinnen" identisch. ... Multimedia ist der Trend, diese Kanäle mit den Mitteln der Informationswissenschaft über alle Quellen zu integrieren und als Gesamtheit für die Kommunikation zu nutzen."

Im Allgemeinen wird der Begriff jedoch im Zusammenhang mit rechnergestützten Systemen genannt, weshalb Silberer (1995, S. 5) meint: „Multimedia = rechnergestütztes multimodales Interaktionssystem bzw. Interaktionsangebot."

Die Schwierigkeit bei der Eingrenzung von Multimedia liegt dran, dass er ein vergleichsweise neuer Begriff ist, der nicht trennbar vom technologischen Fortschritt zu sehen ist, und es sich um einen schnell entwickelnden Terminus handelt.

„Multimedia cannot be categorised in one if the existing categories of media. It is rather a descriptive word for computer-based works (in which many technologies are combined) and media which were formerly used separately. In this sense multimedia is a category itself." (Stamatoudi, 2002, S. 17)

Die Heterogenität in der Begriffsbestimmung von Multimedia erfordert andere Maßnahmen der Eingrenzung, wofür sich eine Differenzierung nach Codierung, Sinnesmodalität und Medium eignet. Unter Codierung bzw. Symbolsystem versteht man die Darstellung von Informationen in verbalen (sprachlichen) und/oder piktoralen (ikonischen) Symbolsystemen und/oder Zahlensystemen. Die Sinnesmodalität bezieht sich auf die Ebene der menschlichen Sinneswahrnehmungen, die durch das mediale Angebot angesprochen werden. Medien dienen als (Ver-)Mittler und werden zur Aufzeichnung, Bearbeitung, Verbreitung und Präsentation genutzt. (Clark & Mayer, 2003; Meschenmoser, 2002; Weidenmann, 2002)

Es kann somit von Multimedia gesprochen werden wenn drei Merkmale erfüllt werden: Kombination verschiedener Medien, Integration von Rechnern und Interaktivität bzw. Interaktion.

Multimedia und Lernen

Multimediale Lernsysteme können durch die verschiedenen menschlichen Sinneswahrnehmungen das Wissen vermitteln. Mithilfe von ihnen kann der Lernstoff so in unterschiedlichen Informationsarten präsentiert werden.

Es werden jedoch hauptsächlich Medien genutzt, die auf die menschlichen Sinne des Sehens und Hörens wirken (Gaßner, Kuom & Schulz, 1995), sodass den gustatorischen, haptischen und olfaktorischen Wahrnehmungen eine untergeordnete Rolle zukommt. In Untersuchungen bezüglich des Lernens kann gesagt werden, dass ein Lernen auf mehreren Ebenen den größeren Erfolg verspricht. Jedoch muss bei der Informationsvermittlung die Art der gewählten Kanäle geachtet werden.

„Die gleichzeitige Präsentation von gesprochenen und geschriebenen Text zur Erläuterung eines Sachverhalts, der durch eine Animation veranschaulicht wurde, hat im Durchschnitt schlechtere Lern-Ergebnisse zur Folge als lediglich gesprochener Text. ... Bilder, Animationen oder Geschichten, die nichts zur Erklärung der intendierten Sachverhalte beitragen, ...behindern eher als fördern das Behalten und Verstehen des Lehrstoffs. Die Platzierung erklärender Texte innerhalb des Abbildes eines technischen oder biologischen Gegenstandes führt im Durchschnitt zu deutlich besseren Lernerfolgen als die Platzierung außerhalb der Grafik ... auch wenn letztere Variante meist als ästhetisch besser gilt und daher intuitiv vorgezogen wird." (Niegermann, Hessel, Hochscheid-Mauel, Aslanski & Kreuzberger, 2003, S. 20)

Das heißt, nicht nur die Verfügbarkeit von Informationen sondern auch deren Aufbereitung muss Beachtung geschenkt werden.

„Der Mensch speichert Wissen zu 10% durch Lesen, 20% durch Hören, 30% durch Sehen, 50% durch Hören und Sehen, 70% durch Selbst-Sagen und 90% durch Selbst-Tun." (Schädle-Deininger, 2006, S. 9)

Daraus ergeben sich folgende Vorgaben an multimediale Lehr-/Lernsysteme: Erstens sollten die Informationen akustisch und visuell verfügbar sein, um diese auf zwei Sinneskanälen aufnehmen zu können. Hier gilt zu beachten, dass die gleichzeitige Präsentation eines Textes ungünstig ist (siehe oben). Die besonders hohe Fähigkeit der Wissensspeicherung beim Nacherzählen und Handeln kann vor allem im Zuge der (Selbst-)Evaluierung genutzt werden, sodass in der Überprüfung des Gelernten gleichzeitig der Lernprozess fortgesetzt wird.

Ausgehend von der kognitiven Lerntheorie[27] (vgl. Abb. 23) folgt der/die Lernende der multimedialen Präsentation. Über die Augen und die Ohren dringen die Informationen in das kognitive Verarbeitungssystem ein, und je nach Aufmerksamkeit unterscheidet sich deren Umfang und ob sie in das Arbeitsgedächtnis gelangen. Dort kann der/die Lernende die Informationen in einem verbalen oder bildhaften Modell organisieren und schlussendlich in sein Langzeitgedächtnis integrieren.

Dieser kognitive Prozess gliedert sich somit in drei wichtige Abschnitte: Erstens müssen die präsentierten Wörter und Bilder wahrgenommen werden. Zweitens müssen diese gedanklich organisiert und in kohärente verbale und bildhafte Repräsentationen eingeordnet werden. Drittens - als letzte Maßnahme - müssen diese in das bereits vorhandenen Wissen eingebettet werden (Clark & Mayer, 2007).

Konsequenzen für multimediales Lehr-/Lernsysteme

Der Idealprozess des selbstregulierten oder selbstbestimmten Lernens beginnt mit der Formulierung einer Begründung bzw. eines Motivs für das Lernen. Lernende setzen sich selbst Ziele, die sie erreichen können. Das konditionale Wissen befähigt, den eigenen Lernprozess fortlaufend hinsichtlich seiner Zielannäherung und -erreichung überprüfen und gegebenenfalls modifizieren zu können. Zum Schluss kommt es zu einer Bewertung der Lernhandlung in Bezug auf das vorher gesetzte Ziel, und auftretende Diskrepanzen führen zu Modifikationen der Lerntätigkeit. In diesem Prozess ist eine anhaltende Motivation notwendig, die durch verschiedene Strategien (z.B. Imaginationen) erreicht werden kann (Kastner-Koller & Deimann, 2007).

Multimediale Lehr-/Lernsysteme können in diesen drei Phasen helfen und mögliche Antworten bieten. Ein kurzer Überblick über die Thematik gibt eine mögliche Struktur vor. Daneben sollten für jedes Kapitel Lernziele genannt werden, die am Ende des Kapitels überprüft werden können. Diese Evaluierung kann elektronisch mittels verschiedener Maßnahmen (Single- bzw. Multiple-Choice-Tests, Lückentexte, Erklärung von Grafiken, etc.) getätigt werden, und die Ergebnisse in Bezug zu anderen Lernenden gesetzt werden. Die Folge ist eine Lernfortschrittkontrolle, und das Schaffen einer motivierenden, kompetitiven Vergleichssituation. Zusätzlich sollte die Angabe einer weiterführenden Literatur das Vertiefen in die Thematik erlauben, vorzugsweise könnten diese ebenfalls multimedial implementiert sein.

Implementierung von physiologischen Grundlagen im Krafttraining in ein multimediales Lehr-/Lernsystem

Die Inhalte sind mit den dazugehörigen Grafiken in den Kapitel 2 und 3 beschrieben, sodass diese vollständig eingefügt werden könnten. Die vorgesehene Implementierung der einzelnen Informationen wird nachfolgend genauer dargestellt und beschrieben.

Zunächst kommt der Übersichtlichkeit der Informationen eine hohe Bedeutung zu, sodass ein zweigeteiltes Fenster empfehlenswert ist, das gleichzeitig das Inhaltsverzeichnis und den gerade gewählten und dargestellten Inhalt zeigt (s. Abb. 25).

Wenn möglich sollte innerhalb dieser Fenster ein Verschieben der dargestellten Informationen nicht nötig sein. Falls die Inhalte des gewählten Kapitels im Umfang zu groß sein sollten, könnten mittels mehrerer Seiten abgebildet werden. Das Blättern könnte mittels eigenen Symbolen ermöglicht werden (z.B. Pfeilen), wobei ein Vor- als auch ein Rückwärtsblättern möglich sein sollten. Die Selektion im Umfang des dargestellten Inhalts führt zu einer Reduktion eines häufigen „Hin und Her Scrollen".

Die dargestellten Grafiken sollten zusätzlich vergrößert werden können, und auf Wunsch eine erklärende Audioaufnahme aufrufbar sein. Generell wäre eine akustische Aufnahme des zu vermittelnden Inhalts im Sinne eines Hörspiels erstrebenswert, um so den Inhalt auf tragbare MP3-Player transferieren zu können, und einen Teil des Lernprozesses vom Rechner auf Wunsch entfernen zu können.

Neben der vielfältigen Darstellung des Inhalts um verschiedene Lerntypen und Sinneskanäle zu erreichen, ist die Möglichkeit der selbstständigen Evaluierung ein Kernpunkt für die Motivation des Lernenden und somit für den Erfolg eines multimedialen Lehr-/Lernsystems. Ein umfangreicher Fragenkatalog mit der Möglichkeit der Lernfortschrittkontrolle und einer vergleichenden Statistik werden dabei eingesetzt. (s. Abb. 22).

Implementierung des menschlichen Bewegungsapparates

Diese Einführung in die übergeordnete Thematik der Physiologie des Krafttrainings sollte genauer in anderen Lehrveranstaltungen bzw. Modulen dargestellt werden. Eine bündige schriftliche Aufgliederung soll einen Überblick über den aktiven als auch den passiven Teil bieten. Insbesondere der passive Bewegungsapparat tangiert die Inhalte des Lehr-/Lernmoduls, weshalb hier sparsam mit den Inhalten umgegangen werden kann. Daher wird auf eine umfangreichere Darstellung der Knochen- und Knorpelstruktur verzichtet. Ein Verweis für weiterführende Literatur (s. Literaturverzeichnis) soll jedoch eine selbstständige Vertiefung erlauben. Falls ein Lehr-/Lernmodul mit ausführlichen Inhalten zum passiven Bewegungsapparat vorhanden ist, wäre ein Link zu diesem ebenfalls wünschenswert.

Der Schwerpunkt liegt in einer umfangreichen Darstellung des aktiven Bewegungsapparates, der zunächst mit den unterschiedlichen Muskelgewebearten beginnt. Als Einleitung dient ein kurzer Überblick, der gefolgt wird von den drei genauer beschrieben Muskelarten: Glatte Muskulatur, Herzmuskulatur und Skelettmuskulatur.

Diese ersten zwei Teile des aktiven Bewegungsapparates werden für ein die relevante Thematik ausreichend beschrieben, denn das Hauptaugenmerk liegt auf der willkürlich kontrahierbaren Skelettmuskulatur, die für das Krafttraining entscheidend ist. Die Informationen sind mittels Text dargestellt, zusätzlich sind physiologische Längs- und Querschnitte vorhanden, um neben der inhaltlichen Differenzierung auch eine visuelle sehen zu können. Daher sollte neben den Abbildungen zum Text (s. 2.2.1 bis 2.2.3) auch eine Gegenüberstellung der Skelettarten erfolgen (s. Abb. 26).

Der Aufbau des Muskels könnte als Video dargestellt werden. Die zu findenen Abbildungen in den Büchern sind meist eine Aufgliederung des Muskels vom Muskelkopf zum Faserbündel, zur einzelnen Muskelfaser, zu einer Myofibrille bis hin zum kontraktilen Apparat und werden meist neben- bzw. nacheinander verwirklicht (vgl. Abb. 3). Ein Kurzfilm als „Reise" in den Muskel mit erklärender Tonspur würde sich von der üblichen Darstellungsform abheben. Nach Wunsch kann der gesprochene Text neben dem Video angezeigt werden, genauso sollte das Abspielen im Vollbildmodus möglich sein. Die Möglichkeit das Video verlangsamt anzuschauen und jederzeit zu stoppen bietet die Gelegenheit sich vertieft mit den Inhalten auseinanderzusetzen. In Abbildung 27 ist das Videofenster in die zweigeteilte Ansicht der Lehr-/Lernplattform integriert. Die einzelnen Symbole und deren Funktionen werden zusätzlich erklärt.

Ein weiteres Video wäre für das (Er-)Lernen der Funktion bzw. des Ablaufes der motorischen Endplatte hilfreich. Lang & Lang (2007) haben den chemischen Übertragungsprozess in 10 Abschnitte unterteilt. Diese könnten die einzelnen Kapitel eines Videofilms sein der gesamt die Erregungsübertragung innerhalb einer motorischen Einheit zwischen Nerv und Muskelfaser darstellt. Zuvor wäre ebenfalls eine „Reise" vom Ausgangspunkt (dem Rückenmark) zum Endpunkt (den versorgten Muskelfasern) als Einführung in die Thematik erstrebenswert.

Diese Darstellungsvariante wäre auch für den Kontraktionsmechanismus des Muskels von Vorteil. In einer Endlosschleife sollte das Verbinden und Loslassen der Myosinköpfchen mit dem Aktikfilament gezeigt werden. Die einzelnen Schritte die in Abbildung 11 aus 4 Bildern besteht können so als fließender Prozess veranschaulicht werden, wie er auch bei der realen Kontraktion stattfindet.

Die unterschiedlichen Lerntypen werden durch diese Form der Präsentation der Inhalte verstärkt unterstützt, da je nach Wunsch nur das Video, das heißt ohne Ton und Text abspielbar ist. Genauso kann nur auf Ton bzw. Text zurückgegriffen werden, womit je nach Lerntyp ein optimaler Stimulus gesetzt werden kann.

Neben den Videos werden die anderen relevanten Informationen zum aktiven Bewegungsapparat in Textform zugänglich sein, und abhängig vom Inhalt Grafiken genutzt. Die Muskelfasertypen sollten neben dem Fließtext auch eine tabellarische Gegenüberstellung beinhalten, sodass ein vergleichender Überblick möglich ist (vgl. Tab. 1). Daneben ist zur Veranschaulichen der Unterschiede zwischen Typ-I- und Typ-II-Fasern die Abbildung der Querschnitte von hoher Bedeutung (s. Abb. 6).

Das Verhältnis zwischen Kraft und Länge des Muskels wie sie in Abbildung 9 dargestellt ist könnte als anhand eines Bizeps-Curls erklärt und dargestellt werden. Die relative Spannung ist im mittleren Abschnitt der Bewegung am größten, und nimmt davor und danach ab. Die Verbindung einer von außen erkennbaren Bewegung und der parallel dazu ablaufenden internen Prozesse könnten hier gleichzeitig visualisiert werden. Die Brückenbildung zwischen Myosin und Aktin wird verständlich anhand einer Grundübung im Krafttraining erläutert.

In Abbildung 28 sind drei Kernpunkte der Bewegung bei einem Bizeps-Curl dargestellt (Start- und Endpunkt der Bewegung, und Punkt der maximalen Last aufgrund des längsten Hebels). Die Verbindung zwischen der von außen sichtbaren Bewegung und dem physiologischen Ablauf der Muskelkontraktion kann dazu beitragen diesen Prozess verständlicher zu machen. Gleichzeitig könnte hier ebenfalls die Arbeitsweise der Muskulatur erklärt werden. Diese könnte auch anhand von sportlichen Bewegungen dargestellt und erläutert werden. Der erneute Einsatz eines Videos wäre hier möglich, in dem die in Abbildung 13 gezeigten Übungen vom einem Menschen oder einer 3-D-Animation absolviert werden. Der Einsatz einer 3-D-Figur wäre zu bevorzugen, da hier ein „Hineinzoomen" in den Muskel in Abhängigkeit der Bewegung möglich sein könnte, und man die Arbeitweise von außen als auch von innen betrachten könnte. Ein Video könnte so Abbildung 13 und 15 verbinden, wodurch der Zusammenhang zwischen Überlappung von Aktin- und Myosinfilament und der Arbeitsweise der Muskulatur ersichtlicher ist.

Dasselbe ist für Abbildung 14 gültig, die den Zusammenhang von Muskelkraft und Kontraktionsgeschwindigkeit und der Arbeitsweise der Muskulatur erklärt. Anhand der Krafttrainingsübung „Bankdrücken" könnte diese Grafik ergänzend als Video erklärt werden.

Die Energiebereitstellung in der Muskulatur könnte wie der chemischen Erregungsübertragung der motorischen Endplatte nicht nur als Grafik sondern als Ablauf erklärt werden. Jedoch ist der Schwerpunkt der Lehr-/Lernplattform auf die physiologischen Grundlagen im Krafttraining gelegt, weshalb hier eine kurze Einführung in schriftlicher Form ausreichend sein sollte. Das Verständnis dieses Prozesses ist unabdingbar für die korrekte Ableitung der Trainingsmethoden und sollte von anderen Lehr-/Lernplattformen (z.B. Physiologie, Leistungsphysiologie, etc.) behandelt werden.

Implementierung des Krafttrainings

Die Einführung in das Krafttraining, beinhaltet die Definition des Begriffs aus physikalischer und biologischer Sicht und wird mittels Text abgehandelt. Die Manifestationsformen der Kraft wird ebenfalls durch Text erklärt. Wobei hier zur Übersicht zusätzlich Abbildungen (s. Abb. 18 und 19) eingesetzt werden können.

Die Erklärung der einzelnen Formen wird zunächst durch Text vermittelt, und anschließend durch Beispiele aus dem Sport per Video dargestellt. Die dynamische Maximalkraft kann durch Reiß- und Stoßversuche aus dem Gewichtheben gezeigt werden. Die statische Maximalkraft kommt nur selten bei sportlichen Bewegungen vor, jedoch wäre ein die Übung „Pillars of Hercules" aus den Wettkämpfen der „World's strongest Man" ein Beispiel aus der Praxis.

Das Vorkommen der Schnellkraft im Sport kann durch viele verschiedene Bewegungen durch Videoaufnahmen gezeigt werden. Sequenzen aus folgenden Disziplinen wären unter anderem hierfür geeignet: 100-Meter-Lauf, Hochsprung, Speerwurf, Fußballschuss, Handballwurf, Kugelstoß.

Die Explosivkraft als besonderen Teil der Schnellkraft benötigt einen maximalen Kraftanstieg innerhalb kürzester Zeit. Videosequenzen von Schlägen und Tritten aus Kampfsportarten (Tae-Kwon-Do, Karate, etc.) können als Beispiele hierfür angeführt werden.

Die Reaktivkraft als eigenständige Kraftdimension benötigt zur Realisierung einen Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus der unter anderem in folgenden sportlichen Bewegungen vorkommt, die als Videosequenz genutzt werden könnten: Sprung beim Geräteturnen, Absprung beim Hochsprung, Volleyball, Basketball.

Videoaufnahmen aus dem Rudersport oder dem Schwimmen wären Beispiele die für Videos genutzt werden könnten um die Kraftausdauer im Sport zu zeigen.

Keine Videos werden hingegen für die Auswirkungen des Krafttrainings eingesetzt. Hier kommen zum Text erklärende Grafiken und Bilder. Die Vermehrung des Energiedepots könnte durch zwei vergleichende Abbildungen von Zellen präsentiert werden. Dadurch kann anhand der Veränderungen des Zytoplasmas die Wirkung des Krafttrainings gezeigt werden.

Die Erklärung zur Muskelhypertrophie kann durch anschauliche Bilder aus dem Bereich des Bodybuildings gezeigt werden, außerdem würden Aufnahmen von einer Person zu unterschiedlichen Trainingszeitpunkten (zu Beginn einer Sportart und nach mehreren Jahren Hochleistungssport) die Veränderung deutlich erkennbar werden lassen. Die physiologischen Hintergründe würden zusätzlich mit Abbildung 19 erklärt werden.

Die Hyperplasie hingegen muss nur durch Text beschrieben werden. Im Gegensatz zur Optimierung der intra- und intermuskulären Koordination, die neben dem Text auch als Video vermittelt werden sollte. Anhand eines arbeitenden (sich kontrahierenden) Muskels können die Veränderungen sichtbar gemacht werden. Es arbeiten mehr motorische Einheiten, d. h. die Rekrutierung wird erhöht oder es arbeiten mehr Einheiten gleichzeitig, d. h. die Synchronisation wird verbessert oder sie arbeiten schneller, d. h. die Frequenzierung wird erhöht. Diese drei Alternativen könnten durch ein Video das den Muskel im mikroskopischen Modell zeigt präsentiert werden, und wie sich diese drei Prozesse durch Krafttraining verändern lassen. Neben einer erklärenden Audiospur sollte zusätzlich oder alternativ auch ein Text verfügbar sein.

Die Veränderungen des hormonellen Systems als auch der Körperzusammensetzung werden schlicht als Text abgehandelt und bedürfen keiner weiteren multimedialen Aufbereitung.

Die verschiedenen Krafttrainingsmethoden Hypertrophietraining, IK-Training, KA-Training und Plyometrisches Training werden durch Text erklärt und mittels Tabelle gegenübergestellt. Hier könnte Mustertrainingspläne gezeigt werden, die einen Mesozyklus beinhalten.

Lernfortschritt

Ein großer Nutzen dieses Konzepts einer Lehr-/Lernplattformen besteht in der Möglichkeit der (selbstständigen) Überprüfung des erlernten Inhalts mittels Fragenkatalog. Das wiederum ermöglicht eine optimale Vorbereitung für Leistungsüberprüfungen und kann zusätzlich motivierend wirken.

Voraussetzung hierfür ist ein umfangreicher Fragenkatalog, der den Inhalt flächendeckend abfragt. Je nach Prüfungsmodus können unterschiedliche Arten das Gelernte abzufragen gewählt werden. Das Gros der Fragen besteht aus Multiple-Choice-Fragen, die eine schnelle Auswertung und Statistik darüber ermöglicht, z.B.:

Wo findet man im menschlichen Organismus glatte Muskulatur?

  • Gebärmutter
  • Bronchien
  • Verdauungstrakt
  • Muskulatur
  • Herz

Das Problem an derartigen Fragen ist, dass es schwierig ist damit das Verständnis zu überprüfen. In diesen Fällen ist es günstiger offene Fragen zu stellen, die jedoch auch nicht mit absoluter Sicherheit das Verständnis überprüfen können. Denn auch wenn im nachfolgenden Beispiel die Gleitfilamenttheorie erklärt werden soll, könnte diese Antwort zur Gänze rezitiert werden ohne das Geschriebene zu verstehen.

Erklären Sie die Gleitfilamenttheorie in Worten und als Skizze.

Die Gleitfilamenttheorie beschreibt die Muskelkontraktion, in der die Aktinfilamente zwischen die Mysionfilamente gezogen werden. Für das Gleiten der einzelnen Filamente und somit für die Muskelkontraktion ist das ATP notwendig. Ca2+ sättigt die Bindungsstellen des Troponins, die den Hemmmechanismus, welcher durch Troponin an Tropomyosin normalerweise aufrechterhalten wird, auflösen. In der Folge legt sich der Tropomyosinfaden zwischen die Aktin-Ketten, und gibt so die Bindungsstelle für die Myosinköpfe an das Aktinfilament frei. Der Einfluss von Ca2+ auf den Troponin-Tropomyosinkomplex führt zur Interaktion zwischen Aktin und Myosinköpfchen, Zusätzlich wird das im Myosinköpfchen liegende Enzym ATPase aktiviert, welches ATP in ADP (Adenosindiphosphat) und Phosphat spaltet. Die dadurch entstandene Energie führt zu einer festen Bindung zwischen Aktin und Myosin. Daneben bewirkt die Spaltung des ATP, dass die Myosinköpfchen um 40° kippen und an den Aktinfilamenten, mit denen sie in einer innigen Bindung stehen entlang gleiten. Die erneute Bindung von ATP-Molekülen an die Myosinköpfen führt zur Lösung der Verbindung (Weichmacherfunktion des ATP) und der Winkel der Myosinköpfe beträgt wieder 90°. Ist weiter Ca2+ in einer Konzentration von >10-6 mol/l vorhanden, beginnt der gesamte Mechanismus von neuem, was einem Weiterbestehen von Aktionspotentialen entspricht.

Die beschriebene Muskelkontraktion, die durch das Gleiten der Myosin- und Aktinfilamente gekennzeichnet ist, führt zu einer Verkürzung der Sarkomere. Die Länge der Eiweißfilamente ändert sich dabei nicht, Aktin wird in die Myosinzwischenräume gezogen. Daraus ergibt sich, dass sich das H- und I-Band eines Sarkomers im Gegensatz zum A-Band verkürzt.

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Damit die Ergebnisse der offenen Fragen ebenfalls in die Lernstatistik einfließen, sollte die Antwort mit der Musterlösung verglichen werden, und deren (Nicht-)Übereinstimmung bestätigt werden.

Die Fortschritte des Lernens werden in einer Lernstatistik zusammengefasst. Es wird angezeigt wie viele der möglichen Fragen bereits bearbeitet und beantwortet worden sind. Zusätzlich kann man die bearbeitenden Fragen der letzten 14 Tage und des jeweils aktuellen Tages sehen, um so beobachten zu können ob man z.B. sein Tagespensum erfüllt hat.

Die bearbeiteten Fragen werden wiederum in richtig und falsch beantwortete Fragen unterteilt, sodass auch beobachtet werden kann, inwieweit die Antworten korrekt sind. Hier kann gesehen werden ob das Wissen ausreichend ist, um zu einer Klausur anzutreten. Zur Motivation wird die eigene Lernstatistik dem/der besten Nutzer/in und dem Durchschnitt aller Nutzer/innen gegenübergestellt. Die eigene Lernleistung wird so in Relation zu anderen Lernenden gesetzt, und erlaubt einen Vergleich der motivierend wirken kann.

Der Fragenkatalog für die Lehr-/Lernplattform besteht aus etwa 100 Fragen. Im Umfang deckt er den gesamten Inhalt ab, der in Kapitel 2 angeführt ist. Er dient als Hilfestellung zum Lernen für eine Klausur und besteht aus folgenden Fragen:

Welche Muskelart besitzt keine Sarkomere?

  • Glatte Muskulatur
  • Herzmuskulatur
  • Skelettmuskulatur
  • Glatte Muskulatur und Herzmuskulatur
  • Skelettmuskulatur und Glatte Muskulatur

Wie groß ist die Amplitude (in mV) des Membranpotentials der Glatten Muskulatur?

  • 0-5
  • 0-10
  • 10-15
  • 10-20
  • 5-15

Wieviel Prozent haben das Aktin und das Myosin Anteil am Skelettmuskel?

  • 25%
  • 35%
  • 35%
  • 55%
  • 65%

Mit welchen der genannten Merkmale kann ein Sarkomer beschrieben werden?

  • I-Band
  • Aktin
  • R-Band
  • Z-Scheibe
  • Mitochondrien

Welche(s) Eiweißfilament(e) sind für die Querstreifung der Skelettmuskulatur verantwortlich?

  • Titin
  • Troponin
  • Aktin
  • Azetycholin
  • Myosin

Welches Eiweißfilament verbindet das Myosin mit den Z-Linien?

  • Titin
  • Troponin
  • Aktin
  • Azetycholin
  • keines

Welche Funktion(en) hat die Skelettmuskulatur? Nennen Sie je eine Muskelgruppe für einen ST- und FT-Fasertyp.

Richtig: m. biceps brachi (FT) m. soleus (FT), m. gastrocnemius (ST), m. erector spinae (ST) m. vastus medialis (ST)

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Welche zwei Muskelfasertypen können unterschieden werden?

FT-Fasern, schnell zuckende Fasern, weiße Fasern, Fast-twitch-Fasern und ST-Fasern, langsam zuckende Fasern, rote Fasern, Slow-twitch-Fasern.

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Nennen Sie drei Organe an denen die Glatte Muskulatur beteiligt ist?

Richtig: Magen, Darm, Blase, Uterus, Bronchien, Augen, Blutgefäße

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Wie nennt man die Knochenzellen?

  • Chrondrozyten
  • Myozyten
  • Osteozyten
  • Myelozyten
  • Lymphozyten

Welche Arten von Knochen gibt es?

  • Netzartiger Knochen
  • Fibrillenknochen
  • Geflechtartiger Knochen
  • Faserknochen
  • Lamellenknochen

Wie nennt sich der mittlere Teil des Knochens?

  • Substantia compacta
  • Epiphyse
  • Diaphyse
  • Substantia spongiosa
  • Metaphyse

Welche Arten von Knorpel gibt es?

  • Geflechtartiger Knorpel
  • Elastischer Knorpel
  • Hyaliner Knorpel
  • Faserknorpel
  • Planer Knorpel

Woraus besteht die Interzellularsubstanz des Knochens vorwiegend?

  • Elastische Fasern
  • Nervenzellen
  • Wasser
  • Blutgefäßen
  • Kollagen Fasern

Wo findet man im menschlichen Organismus glatte Muskulatur?

  • Gebärmutter
  • Bronchien
  • Verdauungstrakt
  • Muskulatur
  • Herz

Von welchem Nervensystem wird die glatte Muskulatur gesteuert?

  • Zentrales Nervensystem
  • Peripheres Nervensystem
  • Vegetatives Nervensytem
  • Zentrales und peripheres Nervensystem
  • Zentrales und peripheres Nervensystem und vegetatives Nervensystem

Welche Muskelart besitzt keine Sarkomere?

  • Glatte Muskulatur
  • Herzmuskulatur
  • Skelettmuskulatur
  • Glatte Muskulatur und Herzmuskulatur
  • Skelettmuskulatur und Glatte Muskulatur

Den Z-Streifen der Skelettmuskulatur entsprechen in der glatten, bzw. der Herzmuskulatur die...?

  • Disci intercalares
  • Gap junctions
  • Dense bodies
  • Tight junctions
  • A-Streifen

Wie groß ist die Amplitude (in mV) des Membranpotentials der Glatten Muskulatur?

  • 0-5
  • 0-10
  • 10-15
  • 10-20
  • 5-15

Der Gleitfilamentmechanismus der glatten Muskulatur wird durch die Komplexbildung von Ca2+ an welches Protein aktiviert?

  • Troponin
  • Titin
  • Calcitonin
  • Calmodulin
  • Myosin

Die Beziehung zwischen Tonus und Länge der glatten Muskulatur ist?

  • linear
  • exponentiell
  • antiproportional
  • fehlend
  • proportional

Fast 40% des Volumens der Herzmuskelzelle macht was aus?

  • Zytoplasma
  • Lysosomen
  • Zellkern
  • Wasser
  • Mitochondrien

Wieviel Prozent haben das Aktin und das Myosin Anteil am Skelettmuskel?

  • 25%
  • 35%
  • 35%
  • 55%
  • 65%

Welche Aussagen zur Skelettmuskulatur treffen zu?

  • Die Erregung der Skelettmuskulatur erfolgt über benachbarte Zellen
  • Die Erregung der Skelettmuskulatur wird nicht durch benachbarte Muskelzellen, sondern durch die motorische Einheit innerviert
  • Die Muskelzellen sind mehrkernig
  • Die Skelettmuskulatur kann willkürlich innerviert werden
  • Die Muskelzellen sind einkernig

Der Skelettmuskel wird als Ganzes von einer derben Bindegewebshülle, dem ..., umgeben?

  • Exomysium
  • Perimysium
  • Endomysium
  • Epimysium
  • Retromysium

Einige Strukturen der Muskelzelle werden von der sonst üblichen Nomenklatur abweichend benannt. Welche der folgenden Begriffe gehören dazu?

  • Sarkoplasmatisches Retikulum
  • Zytoplasma
  • Endoplasmatisches Retikulum
  • Sarkolemm

  • Sarkoplasma

Mit welchen der genannten Merkmale kann ein Sarkomer beschrieben werden?

  • I-Band
  • Aktin
  • R-Band
  • Z-Scheibe
  • Mitochondrien

Welche(s) Eiweißfilament(e) sind für die Querstreifung der Skelettmuskulatur verantwortlich?

  • Titin
  • Troponin
  • Aktin
  • Azetylcholin
  • Myosin

Welches Eiweißfilament verbindet das Myosin mit den Z-Linien?

  • Titin
  • Troponin
  • Aktin
  • Azetycholin
  • Keines

Die Einteilung der Muskelfasertypen erfolgt vor allem durch den unterschiedlichen Gehalt der Muskelzellen an?

  • Myoglobin
  • Hämoglobin
  • Myosin
  • Aktin
  • Keines

Durch den Prozess, den man als elektromagnetische Kopplung bezeichnet wird...?

  • Mechanische Energie in chemische Energie umgesetzt
  • Chemische Energie in mechanische Energie umgesetzt
  • Potentielle Energie/ Statische Energie in mechanische Energie umgesetzt
  • Elektrische Energie in chemische Energie umgesetzt
  • Keines

Als motorische Einheit bezeichnet man:

  • Die Summe von synergistischen Muskelfasern
  • Die Verknüpfung von Synapsen
  • Die Kombination von motorischen Elementen
  • Die Verknüpfung von einer Nervenzelle und der von ihr innervierten Muskelfasern
  • Keines

Eine Abstufung der Kraft kann erzielt werden durch:

  • Eine Änderung der Aktionspotentialamplitude
  • Eine verminderte Rekrutierung motorischer Einheiten
  • Eine Änderung der Aktionspotentialfrequenz
  • Eine erhöhte Rekrutierung motorischer Einheiten
  • Eine Änderung der Aktionspotentialfrequenz und eine erhöhte Rekrutierung motorischer Einheiten

Wie wird die maximale Kontraktionsfrequenz der motorischen Einheiten genannt?

  • Tetanus
  • Tonus
  • Rigor
  • Tremor
  • Keines

Die Kontraktionskraft des Muskels spiegelt sich wieder in der/dem...?

  • Anzahl der eingesetzten Muskeln
  • keinem
  • Muskeldurchschnitt
  • Sarkomerlänge
  • Allen genannten

Das Ruhepotential der Muskelzelle liegt bei ... mV?

  • 90
  • 90
  • 180
  • 180
  • 0

Eine konzentrische Arbeitsweise des Muskels bedeutet dass ...?

  • sich Ansatz und Ursprung des Muskels annähern
  • sich Ansatz und Ursprung des Muskels entfernen
  • sich Ansatz und Ursprung des Muskels nicht verändern
  • keine Antwort richtig
  • alle Antworten richtig

Zu den Kontraktionsformen der Muskulatur zählen die...?

  • isotone
  • isometrische
  • alle genannten
  • auxotone
  • auxometrische

Die kurzfristige ATP Synthese erfolgt durch die Spaltung von...?

  • Kreatinphosphat
  • Anaerobe Glykolyse
  • Aerobe Oxidation von Glukose
  • Aerobe Oxidation von Fetten
  • Keine

Welche Energiebereitstellungsformen gibt es?

  • Anaerob laktazid
  • Anaerob alaktazid
  • Aerob alakatzid
  • Aerob laktazid
  • Alle genannten

Nennen sie die Reihenfolge der chemischen Prozesse an der motorischen Endplatte?

  1. Acetycholin erregt, im Falle eines überschwelligen Reizes nikotinergen Cholinrezeptoren des Sarkolemms, wodurch in der gesamten Muskelfaser ein Aktionspotential erzeugt wird
  2. Die Rezeptoren stellen gleichzeitig einen Ionenkanal dar, der kationenspezifisch ist: bei einem Ruhepotential von ungefähr -90 mV kommt es zu einem Na+-Einstrom und einem geringeren K+-Ausstrom
  3. Dieser Prozess führt zu einer Depolarisierung der postsynaptischen Endplatten
  4. Er pflanzt sich über die Z-Linien der Sarkomere fort, und wird über die transversalen Tubuli in das Innere der Muskelfaser geleitet
  5. Es kommt dadurch aus den angrenzenden longitudinalen Tubuli zur Freisetzung von Calcium-Ionen, wodurch schlussendlich der Kontraktionszyklus aktiviert wird
  6. Der Anstieg der Ca2+-Konzentration sättigt deren Bindungsstellen von Troponin-C, wodurch der Hemmeffekt des Troponins auf das Filamentgleiten aufgehoben wird.

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Welche Funktion(en) hat die Skelettmuskulatur? Nennen Sie je eine Muskelgruppe für einen ST- und FT-Fasertyp.

Richtig: m. biceps brachi (FT) m. soleus (FT), m. gastrocnemius (ST), m. erector spinae (ST) m. vastus medialis (ST)

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Welche zwei Muskelfasertypen können unterschieden werden?

FT-Fasern, schnell zuckende Fasern, weiße Fasern, Fast-twitch-Fasern und ST-Fasern, langsam zuckende Fasern, rote Fasern, Slow-twitch-Fasern.

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Nennen Sie drei Organe an denen die Glatte Muskulatur beteiligt ist?

Richtig: Magen, Darm, Blase, Uterus, Bronchien, Augen, Blutgefäße

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Nennen sie die Reihenfolge der Prozesse der Gleitfilamenttheorie

  1. Ca2+ sättigt die Bindungsstellen des Troponins: Hemmmechanismus, welcher durch Troponin an Tropomyosin normalerweise aufrechterhalten wird, aufgelöst
  2. Tropomyosinfaden legt sich in die Rinne zwischen die Aktin-Ketten und gibt so die Bindungsstelle für die Myosinköpfe an das Aktinfilament frei
  3. Interaktion zwischen Aktin und Myosinköpfchen
  4. Zusätzlich wird das im Myosinköpfchen liegende Enzym ATPase aktiviert, welches ATP in ADP (Adenosindiphosphat) und Phosphat spaltet
  5. Die dadurch entstandene Energie führt zu einer festen Bindung zwischen Aktin und Myosin
  6. Daneben bewirkt die Spaltung des ATP, dass die Myosinköpfchen um 40° kippen und an den Aktinfilamenten, mit denen sie in einer innigen Bindung stehen entlang gleiten
  7. Die erneute Bindung von ATP-Molekülen an die Myosinköpfen führt zur Lösung der Verbindung (Weichmacherfunktion des ATP) und der Winkel der Myosinköpfe beträgt wieder 90°
  8. Ist weiter Ca2+ in einer Konzentration von >10-6 mol/l vorhanden, beginnt der gesamte Mechanismus von neuem, was einem Weiterbestehen von Aktionspotentialen entspricht

Stimmt Ihre Antwort mit den Lösungsvorschlägen überein?

Wie ist Kraft physikalisch definiert?

  • m·a = F
  • F = s/t
  • F = t2·v/2
  • a2/s = F
  • F/a = m

Wie ist Kraft physikalisch definiert?

  • F = 2·m·a
  • F = s/t
  • F = t2·v
  • a/s = F
  • F = m·a

Kraft im biologischen Sinne ist die Fähigkeit des Nerv- Muskel- Systems, durch Muskeltätigkeit (= Innervations- und Stoffwechselprozesse mit Muskelkontraktionen) Widerstände zu überwinden (konzentrische Kontraktion), ihnen entgegenzuwirken (exzentrische Kontraktion) bzw. sie zu halten (isometrische Kontraktion).

  • Richtig
  • Falsch

Kraft hat die Eigenschaften eines/r ... .

  • Punktes
  • Linie
  • Vektors
  • Kreises
  • Quadrats

Welche Arten von Kraft (im trainingswissenschaftlichen Sinn) gibt es?

  • Dynamische Kraft
  • Reaktivkraft
  • Maximalkraft
  • Explosivkraft
  • Reibungskraft

Welche Arten von Kraft (im trainingswissenschaftlichen Sinn) gibt es?

  • Dynamische Kraft
  • Statische Kraft
  • Maximalkraft
  • Zentrifugalkraft
  • Schnellkraft

Welche Arten von Kraft (im trainingswissenschaftlichen Sinn) gibt es?

  • Schnellkraft
  • Wurfkraft
  • Maximalkraft
  • Kraftausdauer
  • Sprungkraft

Welche Arten von Kraft (im trainingswissenschaftlichen Sinn) gibt es?

  • Lokale Kraft
  • Regionale Kraft
  • Allgemeine Kraft
  • Fallkraft
  • Federkraft

In welche Bereiche kann die Maximalkraft (MK) unterteilt werden?

  • Exzentrische MK
  • Isometrische MK
  • Isotone MK
  • Konzentrische MK
  • Plyometrische MK

Mit welcher Methode wird die dynamische Maximalkraft bestimmt?

  • OPM
  • 1RM
  • EWM
  • 1PM
  • EPM

Ergänzen Sie folgenden Satz. Die Schnellkraft probiert einen maximalen ..... innerhalb einer verfügbaren ..... zu entfalten.

  • Impuls/Kraftstoß
  • Kraftstoß/Zeit
  • Zeit/Impuls
  • Impuls/Zeit
  • Fläche/Zeit

Die Schnellkraft wird durch welche Faktoren bestimmt?

  • Impulsanstieg
  • Impulsdauer
  • Kraftmaximum
  • Kraftanstieg
  • Kraftzeit

Die Schnellkraft wird durch welche Faktoren bestimmt?

  • Impulsanstieg
  • Impulsdauer
  • Kraftmaximum
  • Kraftanstieg
  • Kraftzeit

Die Schnellkraft besteht aus folgenden zwei Kräften.

  • Reaktivkraft
  • Maximalkraft
  • Startkraft
  • Explosivkraft
  • Sprungkraft

Ergänzen Sie den nachfolgenden Satz. Die Starkraft betrifft die ersten ... ms einer Kraftbewegung.

  • 10
  • 20
  • 30
  • 40
  • 50

Welche Faktoren sind leistungsbestimmend für die Größe der Schnellkraft?

  • Muskelfaserverteilung
  • Kontraktionsgeschwindigkeit
  • Muskelquerschnitt
  • Neuronale Aktivierungsfähigkeit
  • Maximalkraft

Die Reaktivkraft tritt bei welchem Zyklus auf?

  • Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus
  • Dehnungs-Streckungs-Zyklus
  • Streckungs-Dehnungs-Zyklus
  • Verkürzungs-Kontraktions-Zyklus
  • Verkürzungs-Dehnungs-Zyklus

Wie kann der Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus unterteilt werden?

  • Linear
  • Fest
  • Kurz
  • Lang
  • Stark

Welche Faktoren bestimmen die Kraftausdauer?

  • Lokale Ermüdung
  • Maximalkraft
  • Aerobe Kapazität
  • Myoglobin
  • Beta-Carotin

Welche Faktoren bestimmen die Kraftausdauer?

  • Zentrale Ermüdung
  • FT-IIx
  • Anaerobe Kapazität
  • Vitamin A
  • Koffein

Welche Auswirkungen hat das Krafttraining?

  • Vermehrung und des Fettdepots
  • Muskelatrophie
  • Muskelhyperbel
  • Verschlechterung der intra- und intermuskulären Koordination
  • Steigerung der Empathie
  • Veränderung auf die Körperzusammensetzung

Welche Auswirkungen hat das Krafttraining?

  • Vermehrung und des Energiedepots und der Energiebereitstellung
  • Muskelhypertrophie
  • Muskelhypotonie
  • Optimierung der intra- und intermuskulären Kondition
  • Steigerung des subatomaren Systems

Welche Auswirkungen hat das Krafttraining?

  • Vermehrung des Fettspeichers
  • Muskelatrophie
  • Muskelhyperplasie
  • Optimierung der intra- und intermuskulären Koordination
  • Veränderungen des hormonelle Systems

Zusammenfassung

Die Implementierung der Inhalte - physiologische Grundlagen im Krafttraining - in ein multimediales System ist der erste Schritt, der ein unabhängiges Lernen ermöglichen kann. Jedoch können nur die Vorteile eines solchen Systems genutzt werden, wenn die vielfältigen Möglichkeiten ausgenutzt werden.

Massive Kosteneinsparungen zum herkömmlichen Präsenz-Lernen sind nur bei einer ausreichend großen Lernendenzahl zu erwarten. Die Verwendung von Bild und Text bilden meist die Grundlage beim Wissenstransfer, jedoch können diese ebenso gut in gedruckter Form (z.B. Vorlesungsskript) gelernt werden. Auch wenn es zu einer übersichtlichen Gestaltung mit der Integration von Medien - die auf unterschiedliche Sinnesebenen wirken - kommt, ist es keineswegs gesichert, dass es zu einem Aufbau eines dauerhaft, anwendbaren Wissens kommt. Zusätzlich führt die Bereitstellung und Verfügbarkeit von Wissen nicht automatisch zu der Fähigkeit, sich dieses auch selbstständig aneignen zu können, bei dem ferner der Motivation auch eine Bedeutung zukommt.

Die Hilfestellung der Überprüfung des angeeigneten Wissens mittels Kontrollfragen kann als laufende Rückmeldung im Lernprozess genutzt werden. Neben einem umfangreichen Fragenkatalog kann eine vergleichende Lernstatistik ebenfalls helfen zu motivieren.

Das dargestellte Konzept für die Implementierung physiologischer Grundlagen im Krafttraining ist für Studierende der Sportwissenschaften gedacht, weshalb die Verwendung medizinischer Fachbegriffe möglichst gering gehalten wurde. Daneben wurde auf die Verwendung von Videos bzw. Audiospuren verzichtet, die jedoch zusätzlich für das Verständnis hilfreich sein könnten.

Insgesamt wäre der Realisierung dieses Konzepts ein wertvoller Beitrag für Studierende in den Bereichen Trainingswissenschaft(en) und Physiologie. Ergänzungen für die anderen konditionellen Fähigkeiten Ausdauer, Schnelligkeit und Beweglichkeit würden diese Lehr-Lernplattform vervollständigen und das Konzept abrunden.

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  1. Das vegetative Nervensytem reguliert im Gegensatz zum somatischen Nervensystem die Funktion der inneren Organe und des Kreislaufes und halt so das innere Milieu des Körpers aufrecht (Silbernagel & Despopoulos, 2003).
  2. Sarkomere sind die kleinsten kontraktilen Einheiten der Muskelzelle, die anatomisch durch zwei Z-Streifen begrenzt werden (Appell & Strang-Voss, 2008).
  3. Synonym: Verdichtungszonen
  4. Z-Streifen sind die seitlichen Begrenzungen der Sarkromere. Sie bestehen aus dichten, zugfesten Material und können als kleine Zwischensehnen angesehen werden, die die simultane Kontraktion hintereinandergeschalteter Sakromere ermöglichen (Appell & Strang-Voss, 2008).
  5. Gab junctions sind eine Art der Zellverbindung (Junqueira et al., 2005).
  6. Synonym: Motoneuron
  7. Der Bizeps z.B. besteht aus ungefähr 400.000 Muskelfasern, die eine Länge zwischen 10-13 cm haben.
  8. Synonym: Muskelzelle bzw. Myofibrillen
  9. Synonym: Scheiben
  10. Innervationsverhältnisse einiger Muskeln (Nerv : Muskelfasern): Äußerer Augenmuskeln (1 : 5-10), Muskeln des Daumens (1: 200-300), m. biceps brachii (1 : 750), m. gastrocnemius (1 : 1600), m. gluteaus maximus (1 : >3000) (Tittel 2003; Wirhed, 2001; Weineck, 2004a)
  11. Triaden sind Bereiche der Sakrolemms, in denen longitudinale und sagitale Tubuli (Ca2+-Speicher) zusammenlaufen. (Silbernagel & Despopoulos, 2003)
  12. Beispiele für Agonisten/Antagonisten: m. biceps brachii/m. triceps brachii, m. pectoralis maior/m. trapezius und m. rhombodei, m. quadriceps femoris/m. biceps femoris, u. a.
  13. Bsp. Kreuzhang an den Ringen, Telemark beim Skispringen, Standwaage am Boden
  14. Synonym: Acetyl- CoA
  15. Synonym: Laktat
  16. In der Literatur sind verschiedenste Angaben zur Energieausbeute bei der aeroben Stoffwechselprozessen zu finden, die zwischen 38 und 30 ATP varrieren. Diese unterschiedlichen Angaben kommen dadurch zustande, dass die Generation von ATP auch indirekt über NADH/H+ und FADH2 abblaufen kann, bei deren Oxidation durch die Atmungskette je nach Angaben unterschiedlich viele ATPs synthetisiert werden (Horn, Moc, Schneider, Grillhösl, Berghold & Lindenmeier, 2002)
  17. Herzzeitvolumen und Ventilation werden den Erfordernissen des Muskelstoffwechsels angepasst, bis dass der Körper eine aerobe ATP- Generation gewährleisten kann
  18. Ein 75kg schwerer normalgewichtiger Mensch verfügt über mobilisierbare Kohlenhydratreserven von ca. 1200 kcal, was für eine Einsatzdauer von 45-90 min ausreicht, die Fettspeicher des menschlichen Körpers sind mit 5000-10000 kcal fast unerschöpflich (Spring, Dvorak, Dvorak, Schneider, Tritschler & Villiger, 2005)
  19. Darunter versteht der Autor jene Kraft, die erreicht ist, wenn sich die Größe eines Bewegungsparameters verändert (größter Wert unter den Maximalwerten)
  20. Synomym: One-Repetition-Maximum, ORM/1RM, EWM/1WM
  21. z.B. Speerwurf, Kugelstoßen, Drive (Golf)
  22. z.B. Boxen, Karate, Tae-Kwon-Do
  23. Beispiele für den DVZ: Stützphase im Sprint, Absprünge im Turnen, im Hoch- und Weitsprung (kurz), Absprünge im Volleyball und Basketball (lang)
  24. z.B. Laufen, Springen, Werfen, Schließen
  25. Jedoch haben Personen die regelmäßig unter geringer Sauerstoffzufuhr arbeiten (z.B. Perlentaucher, SynchronschwimmerInnen) keine hypertrophierte Muskulatur.
  26. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die ATP-Konzentration im erschöpften Muskel gleich bleibt.
  27. Mit der kognitiven Wende in den 1960er Jahren wurde der Mensch nicht mehr als passiver Empfänger von Informationen gesehen, sondern als Wesen, das neue Reizsituationen sucht, diese interpretiert und verarbeitet. Dieser Ansatz betrachtet den Menschen als ein aktives und selbstgesteuertes Wesen, das sich mit seiner Umwelt auseinandersetzt und dadurch lernt (Trimmel, 2003).