Körperspannung

Dr. Andro: EMG-Messungen im Kraftsport

"Sprechstunde bei Dr. Andro" - in dieser Rubrik hier bei Team-Andro nimmt Dr. Andro es für euch mit den sport- und medizinwissenschaftlichen Datenbanken dieser Welt auf. In Ausgabe 3 seiner Kolumne setzt er sich mit dem heißen Thema EMG-Messungen im Kraftsport auseinander.

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Disclaimer: Die hier zur Verfügung gestellten Informationen dienen ausschließlich Informationszwecken.

Für die Richtigkeit der Informationen aus den hier zitierten Artikel ist der Autor dieser Kolumne nicht verantwortlich. Die Rechte an den hier in Auszügen zitierten Studienergebnissen liegen bei den jeweiligen Autoren.

Die Rückschlüsse, die aus den Studienergebnissen im Hinblick auf bestimmte, teilweise dem Forschungsinteresse der Autoren nicht entsprechende Fragestellungen gezogen werden, sind nicht Teil der entsprechenden wissenschaftlichen Arbeiten.

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Einleitung

Bereits seit der Antike bewegt Trainer wie Athleten die Frage, welches die exercicii optima, oder zu Deutsch, die Top-Übungen und Trainingsmethoden für die jeweiligen Disziplinen seien. Stand bei PHILOSTRATOS ca. 200 n. Chr. das Ringen mit wilden Tieren noch ganz oben auf der Liste der effizientes Trainingsmethoden (GRIVETTI und APPLEGATE, 1997), führen heute zumeist die so genannten "Grundübungen" (Kniebeuge, Bankdrücken, etc.) die überall im Internet aushängenden Ranglisten der effektivsten Übungen zur leiblichen Ertüchtigung an.

Kaum eine der rund 33.700 Internetseiten (Quelle: GOOGLE-Suche), die sich damit rühmen die 3, 5, 10 oder auch 20 "most effective exercises", oder zu Deutsch die "effektivsten Übungen", für die unterschiedlichsten Körperpartien zusammengestellt zu haben, geben jedoch an, auf welche Weise die vermeintliche "Effektivität" der jeweiligen Übungen gemessen wurde. Und selbst unter den unzähligen, im gut sortierten Buchhandel verfügbaren Ratgebern für einen flacheren Bauch, einen knackigeren Po und einen dickeren Bizeps, existiert kaum ein Werk, dessen Inhalt man guten Gewissens als wissenschaftlich fundiert bezeichnen könnte.

Abbildung 1: Sportwissenschaft gestern - Der griechische Topathlet Milon von Kroton und sein Trainer.(<neatorama.cachefly.net/images/2008-07/milo-of-kroton.jpg>) Und heute - Mit EMG-Elektroden ausgestattete Probandin bei Kniebeugen (Konrad, 2005)
Abbildung 1: Sportwissenschaft gestern - Der griechische Topathlet Milon von Kroton und sein Trainer.() Und heute - Mit EMG-Elektroden ausgestattete Probandin bei Kniebeugen (Konrad, 2005)


Orientierung in diesem bereits seit der Antike bestehenden Dschungel aus halbwissenschaftlichen Erfahrungswerten könnte die bereits seit den 1960er Jahren im Bereich der rehabilitativen Sportmedizin erfolgreich eingesetzte Elektromyographie (EMG) bieten. Mit ihrer Hilfe lässt sich die individuelle Muskelaktivität non-invasiv erfassen. Obwohl die Technik im pathologischen Bereich bereits seit Jahren als etabliert gilt, lassen sich aussagekräftige EMG-gestützte Untersuchungen im Fitness- und Bobybuildingbereich leicht an einer Hand abzählen.

Was die Übungslehre betrifft, sind hier vor allem die Untersuchungen von BOMPA, DI PASQUALE und CORNACCIA (2002) sowie BOECKH-BEHRENS und BUSKIES (2005) zu nennen. Um die Ergebnisse der Studien richtig einordnen zu können, bedarf es aber wenigstens eines elementaren Verständnisses der biochemischen und -physikalischen Prozesse, die mittels der Elektromyographie erfasst werden. Im Folgenden wird daher zunächst ein kurzer Überblick über die physikalisch-technischen Grundlagen der EMG-Messung gegeben, bevor im Anschluss die Ergebnisse ausgewählter Studien im Detail diskutiert werden.

Was ist EMG?

Die ElektroMyoGraphie bezeichnet die Aufzeichnung (="-graphie") der elektrischer Impulse, die bei der Kontraktion eines Muskels (="-myo") auftreten. Bei der kinesologischen, also in Bewegung vorgenommenen Elektromyographie, erfolgt die Messung der elektrischen Impulse in aller Regel mit Hilfe von Oberflächenelektroden, (vgl. Abb. 1, rechts) welche den Probanden/innen, zumindest im Vergleich zu den im Rehabereich häufig verwendeten 5 cm langen subkutanen Nadeln, eine vergleichsweise große Bewegungsfreiheit gewähren.

Ob auf oder unter der Haut, anders als es von Kritikern häufig behauptet wird, erfasst die Elektromyographie weitaus mehr als die "Steuerungsimpulsen" des Gehirns. Diese über die Motoneuronen (Abb. 2, gelber Kasten) an die Muskelfaser übertragene Stimuli sind lediglich der Auslöser für einen komplexen biochemischen Prozesses, in dessen Verlauf sich das elektrischen Potential zwischen Zellinnen- und -außenseite temporär umkehrt und der Muskel kontrahiert.

Abbildung 2: Darstellung der neuronalen Aktivierung einer motorischen Einheit (A,B,C) mit entsprechendem Potentialverlauf (unten)
Abbildung 2: Darstellung der neuronalen Aktivierung einer motorischen Einheit (A,B,C) mit entsprechendem Potentialverlauf (unten)


Im entspannten Zustand (Abb. 2. A) liegt an der Zellmembran (also der äußeren Hülle der Muskelfasern) eine negative Potentialdifferenz an. Diese wird durch den gleich gewichteten Austausch positiv geladener Kalium- (K+) und Natriumionen (Na+) aufrechterhalten. (Abb. 2. A) Eine bewusste Muskelkontraktion wird durch einen vom Gehirn kommenden elektrischen Impuls ausgelöst, der auf der untersten neuronalen Ebene vom Motoneuron (Abb. 2. Gelb) an alle Muskelfasern einer motorischen Einheit weitergeleitet wird.

Der Primärpuls nimmt hier also eine ähnliche Rolle ein, wie der Zündfunken beim Otto-Motor. Er verändert die Durchlässigkeit der Zellmembran, wodurch der Zufluss von Na+-Ionen kurzfristig stark erhöht wird. Das führt zu einer kurzzeitigen Umkehr der Polarisation, (Abb. 2. B) die über biochemische Vorgänge im Zellinnern schließlich bewirkt, dass sich die Muskelfasern zusammenziehen. Der veränderte Polarisationszustand (+ 30mV) bleibt jedoch nur für den Bruchteil einer Sekunde erhalten und wird, nachdem der auslösende neuronale Stimulus erloschen ist, unmittelbar wieder abgebaut. (Abb. 2. C)

Abbildung 3: Die Depolarisationszone (grün) wandert die Muskelfaser entlang. Die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden auf der Haut ändert sich entsprechend. (in Anlehnung an Konrad, 2005)
Abbildung 3: Die Depolarisationszone (grün) wandert die Muskelfaser entlang. Die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden auf der Haut ändert sich entsprechend. (in Anlehnung an Konrad, 2005)


Die bei diesem Vorgang auftretende Depolarisationszone, (Abb. 3, grün) läuft mit einer Geschwindigkeit von etwa 2-6 m/s die Muskelfaser entlang. Dadurch ändert sich die Potentialdifferenz, die an den in Abbildung 3 grau dargestellten Elektroden anliegt. An den Elektroden lässt sich mit Hilfe eines Spannungsmessgeräts ein Signal abgreifen, das entsprechend verstärkt direkt auf einem Bildschirm ausgegeben und/oder mit Hilfe geeigneten technischer Mittel zur späteren Analyse und Bearbeitung aufgezeichnet werden kann.

Was sagt mir der EMG-Wert über...

Ein reales EMG-Signal wird jedoch nie derart "glatt" sein, wie in der idealisierten Darstellung von Abbildung 3. Das liegt vor allem daran, dass ein Elektromyograph grundsätzlich alle Potentialveränderungen innerhalb eines ausgedehnten Raumgebiets um die Elektroden herum erfasst. (Abb. 4, orangefarbener Farbverlauf) Da nicht alle darin befindlichen Motoneuronen exakt gleichzeitig aktiviert werden, ist das Signal entsprechend verzerrt.

Hinzu kommt, dass die Potentialveränderungen, die man wie in Abbildung 4 (violett) dargestellt, direkt oberhalb des Bizeps abgreift, infolge der räumlichen Ausdehnung des Messebereichs stets auch Informationen über den Spannungsabfall am darunter liegenden Trizeps enthalten. Obwohl diese Interferenzen im Fall von antagonistischen, also funktional entgegengesetzt arbeitenden, Muskelgruppen wie Bizeps und Trizeps häufig vernachlässigbar gering sind, müssen sie bei der Interpretation der EMG-Werte als quantitatives Maß für die Aktivität der unterhalb der Elektroden befindlichen Muskulatur ebenso berücksichtigt, wie der Körperfettanteil der Probanden/innen. Letzteres gilt insbesondere beim Vergleich von EMG-Werten, die in einem relativ großen Zeitabstand genommen werden.

Abbildung 4
Abbildung 4


Hier können trainingsinduzierte Veränderungen des Unterhautfettgewebes die Vergleichbarkeit der EMG-Signale stark einschränken. Schließlich steigt die Amplitude des EMG-Signals mit sinkendem Körperfettanteil allein aufgrund der größeren Nähe der Elektroden zum untersuchten Muskelgewebe an (vgl. Jones et.al. 1989; Nordander, et.al. 2003).

... die Effektivität einer Übung?

Da zwischen der Zahl der Muskelfasern, die an einer Bewegung beteiligt sind, und der Höhe des zeitintegrierten EMG-Signals ein nicht-linearer Zusammenhang besteht, lässt sich anhand des Absolutwerts der EMG-Amplitude ohne entsprechende Vergleichswerte ohnehin nur sagen, dass die fragliche Muskelgruppe durch eine bestimmte Übung aktiviert wird. Um eine Aussage über die Effektivität zu machen bedarf es einer unabhängigen Referenz: Der Wert "293µV", den BOECKH-BEHRENS und BUSKIES für das Bankdrücken mit Kurzhanteln angegeben, ist beispielsweise ohne entsprechende Vergleichswerte schlichtweg nichts sagend. Weiß man jedoch aus weiteren Messungen, dass der Spannungsabfall an den Elektroden auf dem großen Brustmuskel (pectoralis major) beim Kabelziehen über Kreuz mit durchschnittlich 350µV deutlich höher, bei Überzügen mit einem Mittelwert von gerade einmal 164µV jedoch wesentlich geringer ausfällt, lässt sich der Wert vorläufig im oberen Drittel Rangliste der effektivsten Brustübungen einordnen.

Abbildung 5: Aktivierung des großen Brustmuskels bei ausgewählten Übungen (nach BOECKH-BEHRENS UND BUSKIES, 2005)
Abbildung 5: Aktivierung des großen Brustmuskels bei ausgewählten Übungen (nach BOECKH-BEHRENS UND BUSKIES, 2005)


BOECKH-BEHRENS und BUSKIES zufolge ist übrigens das Bankdrücken mit der Langhantel mit einem mittleren EMG-Wert von 371µV die effektivste Übung für den Pectoralis Major. Diese und andere pauschalisierende Aussagen sind allerdings mit Vorsicht zu genießen. Zum einen könnte eine durch die Studie nicht erfasste Übung den jeweiligen Zielmuskel noch weitaus effektiver belasten, zum anderen liegt es in der Natur eines jeden Experiments, dass die theoretischen Annahmen und Hypothesen, die in das Studiendesign mit einfließen, immer auch Einfluss auf die Ergebnisse haben.

Besonders deutlich wird dieser Umstand beim Vergleich mit den Ergebnissen einer ähnlich angelegten Studie von BOMPA, DI PASQUALE und CORNACCIA (2002). Anders als bei BOECKH-BEHRENS und BUSKIES erwies sich hier für den pectoralis major stets die Übungsausführung mit Kurzhanteln als die effektivere Variante. Auffällig ist zudem die hohe Homogenität der von BOMPA, DI PASQUALE und CORNACCIA ermittelten EMG-Werte (vgl. Abb. 6).

Abbildung 6: Vergleich der EMG-Werte aus den Studien von GUMPA und DI PASQUALE mit denen aus BOECKH-BEHRENS und BUSKIES (die Werte wurden auf den jeweils höchsten gemessenen Wert normiert)
Abbildung 6: Vergleich der EMG-Werte aus den Studien von GUMPA und DI PASQUALE mit denen aus BOECKH-BEHRENS und BUSKIES (die Werte wurden auf den jeweils höchsten gemessenen Wert normiert)


Die Gründe für diese Unterschiede liegen in den von den Autoren favorisierten Trainingsprinzipien und der danach ausgerichteten Trainingsplangestaltung. Die durchweg aus dem Bodybuildingbereich stammenden Probanden/innen in der Studie von BOMBA, DI PASQUALE und CORNACCIA trainierten bei 80% der Maximallast stets bis zum tatsächlichen Muskelversagen. Die 10 Sportstudenten aus der Studie von BOECKH-BEHRENS und BUSKIES waren hingegen angewiesen die Übungsausführung, unabhängig vom individuellen Grad der Erschöpfung, stets nach der dritten Wiederholungen abzubrechen, obwohl mit dem verwendeten Gewicht 12 Wiederholungen möglich gewesen wären.

Abbildung 7: Möglicher Verlauf der EMG-Werte über den Zeitraum der Übungsausführung. Die Prozentangaben beziehen sich auf die die im jeweiligen Wiederholungsbereich effektivste Übung (Bumpa: KH-BD; BB: LH-BD). (Erstellt in Anlehnung an die Übungsranglisten aus BUMPA und DI PASQUALE (2002), sowie BOECKH-BEHRENS und BUSKIES (2005))
Abbildung 7: Möglicher Verlauf der EMG-Werte über den Zeitraum der Übungsausführung. Die Prozentangaben beziehen sich auf die die im jeweiligen Wiederholungsbereich effektivste Übung (Bumpa: KH-BD; BB: LH-BD). (Erstellt in Anlehnung an die Übungsranglisten aus BUMPA und DI PASQUALE (2002), sowie BOECKH-BEHRENS und BUSKIES (2005))


In Folge dieser Unterschiede führen die Rangliste von BOECKH-BEHRENS und BUSKIES (von wenigen Ausnahmen abgesehen) stets diejenigen Übungen an, bei denen die Probanden die größten Ausgangsgewichte bewegen und damit bereits zu Beginn des Satzes eine maximale Zahl von Muskelfasern aktivieren konnten. Die hohe Homogenität der Messergebnisse von BOMPA, DI PASQUALE und CORNACCIA ist hingegen darauf zurückzuführen, dass im Moment kurz vorm Muskelversagen unabhängig vom verwendeten Gewicht nahezu alle verfügbaren Muskelfasern aktiv sind. Auch die EMG-Werte unterscheiden sich daher nur noch marginal (vgl. Abb. 7).

An welcher der Ranglisten man sich bei der Trainingsplangestaltung orientiert, ist letztlich also eine Frage der Trainingsphilosophie. Steht man wie BUMPA, DI PASQUALE und CORNACCIA auf dem Standpunkt, dass nur ein hochintensives Training bis zum absoluten Muskelversagen zu signifikantem Muskelwachstum führt (BUMPA, DI PASQUALE und CARNCACCIA. 108), ist es beinahe egal, welchen der drei "Klassiker" (Bankdrücken mit der Lang- oder Kurzhantel bzw. Fliegende mit der Kurzhantel) man in sein Trainingsprogramm einbaut. Trainiert man hingegen im submaximalen Belastungsbereich, sollte man dem Bankdrücken mit der Langhantel aufgrund der höheren Anfangsbelastung den Vorzug geben.

... Variationen bei der Übungsausführung?

Eindeutiger sind die Ergebnisse hingegen, was die gerade im Bodybuildingbereich viel diskutierte Winkelabhängigkeit der Aktivierung unterschiedlicher Anteile der Brustmuskulatur. Auch hier kann die Elektromyographie objektive Antworten liefern, da sich durch adäquat positionierte Elektroden auch der Aktivierungsgrad einzelner Partien einer Muskelgruppe quantitativ erfassen lässt. (Abb. 8; weitere Details zur idealen Position der Elektroden vgl. KRÓL, ET.AL, 2007)

Abbildung 8: Durch entsprechend gewählte Messpunkte lässt sich auch die gerade im Bodybuilding relevante Aktivierung unterschiedlicher Anteile einer Muskelgruppe messen (Hintergund aus
Abbildung 8: Durch entsprechend gewählte Messpunkte lässt sich auch die gerade im Bodybuilding relevante Aktivierung unterschiedlicher Anteile einer Muskelgruppe messen (Hintergund aus "Musculus pectoralis major" in Wikipedia.de)


BOECKH-BEHRENS und BUSKIES haben auf diese Weise die Muskelaktivität für verschiedene Neigungswinkel überprüft und kommen, wie bereits GLASS und ARMSTRONG (1997), zu einem für manchen vielleicht unerwarteten Ergebnis: Die Aktivität des oberen Anteils (pars clavicularis) des großen Brustmuskels liegt beim Bankdrücken mit der Langhantel auf einer Positivbank (+45°) mit 628 µV 18% unter (!) dem für einen Neigungswinkel von -15° gemessenen Referenzwert.

Abbildung 9: Aktivierung der verschiedenen Anteile des großen Brustmuskels beim Bankdrücken mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (nach Boeckh-Behrens und Buskies, 2005)
Abbildung 9: Aktivierung der verschiedenen Anteile des großen Brustmuskels beim Bankdrücken mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (nach Boeckh-Behrens und Buskies, 2005)


Der Grund dafür, dass beim inversen Bankdrücken wider Erwarten mehr Muskelfasern der oberen Brustmuskulatur aktiviert werden, als beim Bankdrücken auf einer um +45° geneigten Bank ist schlicht und ergreifend das höhere Trainingsgewicht. (vgl. Abschnitt "Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.") Eine Studie von BARNETT, KIPPERS und TURNER zufolge verlagert sich die Belastung außerdem mit zunehmendem Neigungswinkel immer weiter auf den vorderen Anteil der Schultermuskulatur, was die Aktivität des gesamten Brustmuskels weiter reduziert.

Abbildung 10: Einfluss von Griffweite und Stellung der Bank auf die Aktivität des anterior deltoid = vorderer Anteil der Schultermuskulatur (aus Barnett, Kippers, Turner. 1995. Fig. 4)
Abbildung 10: Einfluss von Griffweite und Stellung der Bank auf die Aktivität des anterior deltoid = vorderer Anteil der Schultermuskulatur (aus Barnett, Kippers, Turner. 1995. Fig. 4)


Neben dem Neigungswinkel haben BARNETT, KIPPERS und TURNER auch den Einfluss der Griffweite auf den Aktivierungsgrad der unterschiedlichen Anteile der Brustmuskulatur untersucht. Während die Variation der Griffposition für den mittleren Anteil des großen Brustmuskels keinerlei Auswirkungen zeigte, führte die schulterbreite ("narrow") Ausführung unabhängig vom Neigungswinkel zu einer signifikant höheren Belastung des oberen Anteils (pars clavicularis) des großen Brustmuskels. Letzteres galt im Übrigen ungeachtet der mit abnehmender Griffweite steigenden Aktivierung des Trizeps.

Grundsätzlich sollte man sich jedoch nicht allein von Zahlenwerten und "Expertenmeinungen" leiten lassen. Häufig ist der eigene Körper ein viel genaueres Messinstrument für die Übungseffektivität als die auf der Haut zufällig ausgewählter Probanden befestigten Elektroden.

Abbildung 11: EMG-Werte von 10 Probanden aus der Studie von BOECKH-BEHRENS und BUSKIES bei der Übung Beinpressen; beachtenswert: die individuelle Varianz bei der Aktivierung des Quadrizeps (rot: niedriger, orange: mittlerer, grün: hoher Aktivierungsgrad)
Abbildung 11: EMG-Werte von 10 Probanden aus der Studie von BOECKH-BEHRENS und BUSKIES bei der Übung Beinpressen; beachtenswert: die individuelle Varianz bei der Aktivierung des Quadrizeps (rot: niedriger, orange: mittlerer, grün: hoher Aktivierungsgrad)


Wie das Beispiel Beinpressen zeigt, kann der Aktivierungsgrad auch bei einer vom Trainingszustand und -erfahrung her sehr heterogenen Probandengruppe stark schwanken. Da auch die Übungsausführung in der hier zitierten Studie von BOECK-BEHRENS und BUSKIES kontrolliert wurde, kommt als Grund für die starke interpersonelle Varianz der Messdaten letztlich nur die individuelle genetischen Disposition der Probanden in Frage. Diese macht es letztlich unmöglich auch nur ansatzweise allgemeingültige Liste der effektivsten Übungen und Trainingsmethoden zusammenzustellen.

... die Effektivität von Intensitätstechniken?

Ohnehin ist es im Kraftsportbereich von elementarer Bedeutung, den eigenen Körper und seine Grenzen gut zu kennen. Dies gilt auch, wenn es darum geht mit Hilfe von Intensitätstechniken wie Supersätzen oder Drop-Sets buchstäblich das letzte aus den Muskeln herauszukitzeln. Wer es damit übertreibt und sich beständig überlastet, läuft Gefahr im Training zu stagnieren oder gar Rückschritte zu machen. In der bereits mehrfach zitierten Untersuchung von BOECKH-BEHRENS und BUSKIES erwies sich das in den USA unter dem Namen "X-Reps" vermarktete Trainingsprinzip mit Teil- und Endkontraktionen jedoch als derart effektiv, dass es geradezu fahrlässig erscheint, es nicht zumindest ab und an in den eigenen Trainingsplan zu integrieren; zumal sich die Aktivität der Zielmuskulatur übungs- und positionsabhängig um bis zu 60% (Klimmzüge in den Nacken mit 4 Endkontraktionen) erhöhen lässt (BOECKH-BEHRENS und BUSKIES. 105).

Abbildung 12: Hebelarm (roter Kreis) und Erhöhung des EMG-Werts durch Teilwiederholungen (weißer Kreis) in der Endstellung des Konzentrationscurls (links) und der Dehnstellung beim Scottcurl (rechts); (Hintergrundgrafiken aus ExRx.net)
Abbildung 12: Hebelarm (roter Kreis) und Erhöhung des EMG-Werts durch Teilwiederholungen (weißer Kreis) in der Endstellung des Konzentrationscurls (links) und der Dehnstellung beim Scottcurl (rechts); (Hintergrundgrafiken aus ExRx.net)


Dabei ist der Hebelarm (Abb. 12, rot) nicht in jedem Fall der entscheidende Parameter dafür, in welchem Ausmaß die Aktivierung der trainierten Muskelgruppe tatsächlich zunimmt. Beim Scottcurl in der Dehnstellung ist die Intensitätssteigerung (+26%) beispielsweise um ein vielfaches höher als beim Konzentrationscurl mit Endkontraktionen - und das obwohl die Länge der Hebelarme vergleichbar ist. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass in der Dehnstellung die Zahl nicht-kontrahierter Muskelfasern besonders hoch ist. Ziehen sich diese relaxierten Muskelfasern nun zeitgleich zusammen, fällt auch der Ausschlag auf dem Elektromyogramm entsprechend groß aus.

EMG-Messung und Trainingserfolge

Bei all den bisher gemachten wissenschaftlichen Zahlenspielen werden nicht nur Skeptiker fragen, inwiefern sich Trainingserfolge tatsächlich anhand von Spannungsmessungen vorhersagen oder verbessern lassen. Inwieweit ein "normaler" Freizeitsportler überhaupt von den Ergebnissen von EMG-Messungen profitieren kann, hängt vor allem davon ab, welches Trainingsziel er verfolgt. Ohne der folgenden Detailanalyse vorweg zugreifen, kann man bereits anhand der bisher diskutierten Ergebnisse sagen, dass vor allem erfahrenere Kraftsportler und Bodybuilder von einer EMG-gestützten Trainingsplanoptimierung profitieren können.

Trainingsziel: Muskelkräftigung

Der Zusammenhang zwischen Kraftleistungen und EMG-Werten hat sich in zahlreichen Studien bestätigt und kann daher als gesichert angesehen werden.

Abbildung 13: Der Trainingseffekt lässt sich aus dem Verhältnis von EMG-Aktivität zu Kraftleistung ableiten (in Anlehnung Grafiken aus Konrad, 2005)
Abbildung 13: Der Trainingseffekt lässt sich aus dem Verhältnis von EMG-Aktivität zu Kraftleistung ableiten (in Anlehnung Grafiken aus Konrad, 2005)


Im Rahmen vieler sportmedizinisch überwachten Trainingsprogramme werden daher in regelmäßigen Abständen EMG-Messungen vorgenommen, um die aktuellen Kraft- und EMG-Werte mit den zu Trainingsbeginn erhobenen Ausgangswerten zu vergleichen. Zeigt der Vergleich, dass der Athlet seine Kraftleistung bei konstanter Muskelaktivität (EMG-Wert) signifikant erhöhen konnte, ist dies eine Folge trainingsinduzierter Superkompensationseffekten: das Training ist effektiv (Abb. 13, grüner Bereich).

Haben sich lediglich Übungsausführung oder intramuskuläre Koordination (damit wird in aller Regel das Zusammenspiel zwischen Muskel und Nervensystem bezeichnet) verbessert, geht der Kraftzuwachs mit einer entsprechenden Zunahme des Aktivierungsgrades einher: der physiologische Trainingszustand des Athleten ist unverändert (Abb. 13, grauer Bereich). Stagnierende oder sinkende Trainingsgewichte bei konstanten EMG-Werten sind hingegen ein sicherer Hinweis auf Muskelatrophie (=Muskelabbau). Gerade im Fall übermotivierter Hobbysportler tritt diese häufig in Folge inadäquater Regenerationszeiten auf.

Trainingsziel: Muskelzuwachs

Neben dem häufig anzutreffenden Irrglauben, mit den hochvolumigen Plänen der Profis auch professionelle Muskelzuwächse verzeichnen zu können, stellt die Ungeduld vieler Hobbysportler einen weiteren Grund für ausbleibende Erfolge dar. Während man jedoch bis vor wenigen Jahren davon ausging, dass sich signifikante Muskelzuwächse erst nach 4-6 Trainingswochen einstellen, zeigen die Ergebnisse einer Untersuchung von SEYNNES, ET.AL. (2006), dass bei einem entsprechend intensiven Training mit 4 Sätzen à 7 Wiederholungen bis zum Muskelversagen bereits nach 10 Tagen erste Muskelzuwächse im MRI (Kernspintomograph) erkennbar sind.

Abbildung 14: Entwicklung von maximaler isometrischer Kontraktion (MVC), Muskelquerschnitt (CSA) und der via EMG erfassten neuromuskulären Aktivierung (aus SEYNNES, ET.AL. 2006)
Abbildung 14: Entwicklung von maximaler isometrischer Kontraktion (MVC), Muskelquerschnitt (CSA) und der via EMG erfassten neuromuskulären Aktivierung (aus SEYNNES, ET.AL. 2006)


Ein Vergleich mit den Kraft- und EMG-Werten zeigt (Abb. 14), dass der Körper der Probanden erst dann mit physiologischen Adaptionen in Form von Muskelwachstum reagiert, wenn eine Steigerung der Trainingsgewichte über eine Verbesserung der intramuskulären Koordination nicht mehr möglich ist. Anders als SEYNNES ET. AL. erwartet hatten, konnten die Probanden ihre Kraftwerte jedoch nicht in gleichem Umfang steigern, wie es anhand von Muskelzuwachs und Aktivierungsrate (=EMG-Werte) zu erwarten gewesen wäre: Die einfache Rechnung Aktivierungsgrad + Muskelmasse = Maximalkraft scheint also nicht auf zu gehen.

Bereits in der ersten Ausgabe von DR. ANDRO hatte sich diesbezüglich gezeigt, dass die auch von SEYNNES, ET.AL. als Referenz herangezogenen Maximalkraftwerte nur in sehr geringem Maß mit dem tatsächlichen Muskelzuwachs korrelieren. Als wesentlich besserer Indikator für Muskelwachstum erwies sich die Kraftausdauerleistung. Besonders interessant sind daher die Ergebnisse einer von von BOEKH-BEHRENS und BUSKIES im Anschluss an die Eingangs zitierte Studie durchgeführten Untersuchung zur Effektivität eines EMG-optimierten Trainings mit Teilbewegungen und Endkontraktionen.

Abbildung 15: Steigerung der Kraftausdauerwerte der Probanden aus einer Vergleichsstudie zwischen traditionellem Krafttraining (blau) und einem um Teilwiederholungen und Endkontraktionen erweiterten
Abbildung 15: Steigerung der Kraftausdauerwerte der Probanden aus einer Vergleichsstudie zwischen traditionellem Krafttraining (blau) und einem um Teilwiederholungen und Endkontraktionen erweiterten "optimierten" Training (rot) (Daten nach BOECKH-BEHRENS und BUSKIES. 115)


Zwar konnten alle 26 an der Untersuchung teilnehmenden Probanden ihre Kraftausdauerleistungen im Verlauf der sechswöchigen Trainingsperiode signifikant steigern, der positive Trainingseffekt fiel jedoch in der 13-köpfigen Probandengruppe, welche die Übungen Bankdrücken, Beinpressen und Lat-Ziehen mit Teilbewegungen in Dehnstellung (BD, BP) bzw. Endkontraktionen (Lat-Ziehen) ausführte, (vgl. Abbildung 15) um 40%, 50% und 30% größer aus.

Trainingsziel: Fettabbau

Wer die mittels Teilkontraktionen aufgebauten Muskeln jedoch rechtzeitig zur nächsten Freibadsaison von der darüber liegenden Fettschicht befreien will, der wird nicht umhinkommen, neben einem durchdachten Ernährungsplan auch die eine oder andere Ausdauer(=Cardio)-Einheit zu absolvieren. Was die überwiegende Zahl der Freizeitsportler dabei im festen Glauben an die gängigen Trainingsmythen (Fettverbrennung erst nach 20 Minuten beim berüchtigten Fettverbrennungspuls) gerne übersieht, ist der empirisch vielfach nachgewiesene und aus rein physikalischer Sicht geradezu selbstverständliche Zusammenhang zwischen Fettabbau und negativer Kalorienbilanz.

Abbildung 16: Zusammenhang zwischen monatlichem Fettabbau (in %) und täglichem Kalorienverbrauch durch Sport (aus BORER, 2008)
Abbildung 16: Zusammenhang zwischen monatlichem Fettabbau (in %) und täglichem Kalorienverbrauch durch Sport (aus BORER, 2008)


Die Daten, die KATARINA D. BORER in einem Übersichtsartikel zur "fettverbrennenden" Wirkung von Sport zusammengestellt hat, sprechen eine eindeutige Sprache: Was zählt ist in erster Linie der Kalorienverbrauch! Obwohl dieser in einem direkten Zusammenhang mit der Zahl der am Bewegungsablauf beteiligten Muskelfasern steht, ist die Messung des Kalorienverbrauchs mittels der Elektromyographie aufgrund der zahlreichen weiteren Einflussfaktoren, welche die Energiebereitstellung beeinflussen, schlichtweg nicht praktikabel.

Um den Aktivierungsgrad der Skelettmuskulatur zu bestimmen sind EMG-Messungen bei der überwiegenden Zahl der Ausdauersportarten ohnehin überflüssig. So ist es etwa beim Vergleich von Schwimmen und Laufen schlichtweg offensichtlich, dass der Weg ins Schwimmbad dem Griff zu den Laufschuhen in Sachen Muskelaktivität weit überlegen ist. Es ist daher auch nicht verwunderlich, dass BORER, die Trainingszeit, in der ein 75 kg schwerer Proband beim Schwimmen 400 kcal verbrennt mit 40 Minuten angibt, für das häufig als "Fatburner" gepriesene Walking (bei 5,4km/h) jedoch einen Wert von 80 Minuten nennt. Übrigens, wer weder mit Schwimmen noch mit Walken etwas anfangen kann, der meldet sich vielleicht noch mal im Tanzkurs an und verbrennt die 400kcal auf der Tanzfläche.

EMG-optimiert trainieren: So kann's gehen!

Während der effektive Mehrwert von EMG-Daten im Ausdauerbereich sicherlich fraglich ist, dürften die zuvor diskutierten Ergebnisse ausgewählter Studien gezeigt haben, dass das Wissen um die individuelle Belastungsintensität einzelner Muskelpartien und -anteile bei der Gestaltung eines auf Kraft- und/oder Muskelzuwachs ausgelegten Trainingsplans tatsächlich von Nutzen sein kann. Einen Eindruck davon, wie ein "EMG-optimierter" Trainingsplan aussehen kann, könnt Ihr Euch anhand des kommentierte Dr.Andro EMG-2er-Split (s. unten) verschaffen. Der Plan ist allerdings nicht als Blaupause, sondern vielmehr als Ideenlieferant bei der Gestaltung Eures persönlichen Trainingsplans gedacht. Aus diesem Grund sind für die überwiegende Zahl der Übungen auch Alternativen genannt, die dem einen oder anderen unter Euch vielleicht besser liegen, als die im Mittel "effektivste" Übung. Wer den 2er zweimal die Woche trainiert, kann die Übungen auch bewusst wechseln, um so in jeder Trainingseinheit neue Reize zu setzen.
Also nix wie los und ran an die Eisen!

- Euer Dr. Andro

Plan

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Literatur

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  • "Musculus pectoralis major." Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. 25. Oktober 2008, 10:19 UTC. (Abgerufen: 24. Februar 2009, 07:06 UTC).
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  • BOMPA, T.O.; DI PASQUALE, M.G.; CONACCHIA L.: Serious Strength Training. Ed. 2, illustriert. Human Kinetics. 2002.
  • CROCE, R.V.: The Effects of EMG Biofeedback on Strength Acquisition. Biofeedback and Self-Regulation, Vol. 11, No. 4. 1986.
  • DR. ANDRO: Was ist effektiver: Einsatz- oder Mehrsatztraining. team-andro.com. 18.02.2008. (Abgerufen: 5. März 2009, 16:11 UTC)
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