Motorische Fähigkeit Kraft
Die motorische Fähigkeit Kraft bezeichnet die Fähigkeit des neuromuskulären Systems (Zusammenspiel von Nervensystem und Muskulatur), durch Muskelaktivität Kräfte beziehungsweise Gelenkdrehmomente (Drehwirkungen an einem Gelenk) zu erzeugen, aufrechtzuerhalten, zu übertragen oder einer äußeren Belastung kontrolliert entgegenzuwirken. Kraft ist keine einheitliche, vom Bewegungskontext unabhängige Eigenschaft. Ihre Ausprägung hängt unter anderem von der Muskelaktionsform, der Bewegungsgeschwindigkeit, dem Gelenkwinkel, der Bewegungsaufgabe, der verfügbaren Zeit zur Kraftentwicklung und dem verwendeten Messverfahren ab [1-4].
Physikalisch ist Kraft eine vektorielle Größe mit der SI-Einheit Newton. Bei menschlichen Bewegungen wird häufig nicht die Kraft eines einzelnen Muskels, sondern das resultierende Gelenkdrehmoment in Newtonmeter erfasst. Das Drehmoment ergibt sich aus der wirkenden Kraft und ihrem senkrechten Abstand zur Gelenkachse. Veränderungen der Gelenkstellung und der muskulären Hebelarme beeinflussen daher das messbare Drehmoment auch dann, wenn sich die kontraktile Kraft eines Muskels nicht proportional verändert [1, 3].
Formen der Kraftfähigkeit
| Kraftform | Definition | Typische Erfassung | Sportmedizinische Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Maximalkraft | Höchste willkürlich erzeugbare Kraft beziehungsweise höchstes willkürlich erzeugbares Drehmoment unter definierten Bedingungen | Maximale willkürliche isometrische Kontraktion (Muskelanspannung ohne sichtbare Gelenkbewegung), Ein-Wiederholungs-Maximum, isokinetisches Spitzendrehmoment | Grundlage für das Bewältigen hoher äußerer Lasten und wesentliche Determinante zahlreicher Kraft- und Schnellkraftleistungen |
| Schnellkraft | Fähigkeit, innerhalb einer begrenzten Zeit einen möglichst hohen Kraftwert beziehungsweise Kraftimpuls zu entwickeln | Kraft-Zeit-Kurve, Kraftanstiegsgeschwindigkeit, Impuls innerhalb definierter Zeitfenster | Relevant für Sprint, Sprung, Wurf, Beschleunigung, Richtungswechsel und schnelle Gleichgewichtsreaktionen |
| Kraftanstiegsgeschwindigkeit | Anstieg der Kraft pro Zeiteinheit, international als Rate of Force Development bezeichnet | Steigung der Kraft-Zeit-Kurve in N/s oder der Drehmoment-Zeit-Kurve in Nm/s | Beschreibung der explosiven Kraftentwicklung; stark abhängig vom analysierten Zeitfenster und von der Messmethodik |
| Muskelmechanische Leistung | Produkt aus Kraft und Verkürzungsgeschwindigkeit beziehungsweise aus Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit | Leistungsmessung in Watt, Last-Geschwindigkeits- beziehungsweise Kraft-Geschwindigkeits-Profil | Entscheidend für explosive sportliche Bewegungen und zahlreiche funktionelle Alltagsleistungen |
| Reaktive Kraft | Fähigkeit, innerhalb eines kurzen Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus einen hohen konzentrischen Kraftimpuls zu erzeugen | Drop-Jump, Reaktivkraftindex, Bodenkontaktzeit und Sprunghöhe | Relevant beim Sprinten, Laufen, Springen und bei schnellen Richtungswechseln |
| Kraftausdauer | Fähigkeit, wiederholte oder anhaltende Kraftleistungen gegenüber Ermüdung aufrechtzuerhalten | Wiederholungszahl bei definierter Last, Zeit bis zur Erschöpfung, Kraftabfall während wiederholter Kontraktionen | Übergangsbereich zwischen Kraftfähigkeit und lokaler muskulärer Ausdauer |
| Absolute Kraft | Nicht auf Körpermasse, fettfreie Masse, Muskelvolumen oder Muskelquerschnitt normierter Kraftwert | Kraft in Newton, Drehmoment in Newtonmeter oder bewältigte Last in Kilogramm | Relevant, wenn die insgesamt bewältigte äußere Last im Vordergrund steht |
| Relative Kraft | Kraftwert bezogen auf Körpermasse, fettfreie Masse oder eine geeignete allometrische Skalierung (rechnerische Anpassung an unterschiedliche Körpergrößen) | z. B. Ein-Wiederholungs-Maximum pro Kilogramm Körpermasse | Ermöglicht einen zweckgebundenen Vergleich von Personen unterschiedlicher Körpergröße und Körpermasse |
Maximalkraft, Schnellkraft, Kraftanstiegsgeschwindigkeit und mechanische Leistung sind miteinander verbunden, aber nicht gleichzusetzen. Ein hoher Maximalkraftwert gewährleistet nicht automatisch, dass innerhalb sehr kurzer Zeit ein entsprechend hoher Kraftimpuls erzeugt werden kann. Umgekehrt lässt sich aus einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit bei niedriger Last nicht unmittelbar auf eine hohe Maximalkraft schließen [1-3].
Der Begriff „absolute Kraft“ bezeichnet den nicht normierten Kraftwert. Die ältere Verwendung des Begriffs für eine hypothetische Summe aus willkürlich aktivierbarer Maximalkraft und einer nur durch Elektrostimulation (Muskelreizung durch elektrische Impulse), pharmakologische Maßnahmen oder extreme Gefahrensituationen mobilisierbaren „Kraftreserve“ ist nicht standardisiert und für die sportmedizinische Leistungsdiagnostik ungeeignet.
Muskelaktionsformen
Die Begriffe konzentrisch (Muskelverkürzung), isometrisch und exzentrisch (kontrollierte Muskelverlängerung unter Spannung) beschreiben mechanische Bedingungen der Muskelaktivität und keine voneinander unabhängigen motorischen Fähigkeiten [1, 3, 12].
| Muskelaktionsform | Mechanisches Kennzeichen | Beispiel | Besonderheiten |
|---|---|---|---|
| Isometrisch | Das äußere Gelenk beziehungsweise der Muskel-Sehnen-Komplex (Einheit aus Muskel und zugehöriger Sehne) zeigt keine relevante Längenänderung | Halten einer äußeren Last bei konstantem Gelenkwinkel | Einzelne Muskelfaszikel (Bündel aus Muskelfasern) können sich aufgrund der Nachgiebigkeit seriell-elastischer Strukturen dennoch verkürzen. Isometrisch bedeutet daher nicht zwingend eine vollständig konstante Länge aller kontraktilen Strukturen. |
| Konzentrisch | Das von der Muskulatur erzeugte Drehmoment übersteigt das entgegenwirkende äußere Lastmoment, sodass sich der aktive Muskel-Sehnen-Komplex verkürzt | Anheben einer Hantel beim Bizepscurl | Mit zunehmender konzentrischer Verkürzungsgeschwindigkeit nimmt die maximal erzeugbare Kraft typischerweise ab. |
| Exzentrisch | Das äußere Lastmoment übersteigt das aktive Muskelmoment, während die aktivierte Muskulatur die Bewegung kontrolliert abbremst | Kontrolliertes Absenken einer Hantel oder Abbremsen beim Bergabgehen | Es können höhere Kräfte als während konzentrischer Muskelaktionen erzeugt werden. Der metabolische Energiebedarf pro erzeugter Kraft ist vergleichsweise gering, während die mechanische Beanspruchung hoch sein kann. |
Isokinetisch (Bewegung mit gleichbleibender, apparativ kontrollierter Geschwindigkeit) bezeichnet keine zusätzliche Muskelaktionsform. Bei einer isokinetischen Untersuchung wird die Gelenkwinkelgeschwindigkeit durch ein Dynamometer begrenzt beziehungsweise kontrolliert. Dabei können konzentrische oder exzentrische Muskelaktionen untersucht werden.
Kraft-Längen-Beziehung
Die aktive Kraft einer Muskelfaser hängt von der Sarkomerlänge (Länge der kleinsten kontraktilen Einheit des Muskels) und damit von der Überlappung der Aktin- und Myosinfilamente (Eiweißfäden, die die Muskelkontraktion ermöglichen) ab. Die größte aktive isometrische Kraft entsteht innerhalb eines Bereichs günstiger Filamentüberlappung. Bei sehr kurzen oder sehr langen Sarkomerlängen sinkt die Zahl der gleichzeitig möglichen krafttragenden Querbrücken [3].
Die am menschlichen Gelenk gemessene Kraft-Längen-Beziehung wird zusätzlich durch passive Muskel- und Bindegewebsstrukturen, Sehnennachgiebigkeit, Muskelarchitektur, Veränderungen der muskulären Momentarme, die Aktivität synergistischer und antagonistischer Muskeln sowie die neuronale Aktivierung beeinflusst. Kraftwerte sind daher immer für den untersuchten Gelenkwinkel und die verwendete Körperposition anzugeben.
Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung
Bei konzentrischen Muskelaktionen besteht grundsätzlich eine inverse Beziehung zwischen äußerer Last und maximal erreichbarer Verkürzungsgeschwindigkeit: Hohe Lasten können nur langsam, niedrige Lasten schneller bewegt werden. Die klassische Hill-Gleichung beschreibt diese Beziehung bei isolierten Muskelpräparaten näherungsweise als Hyperbel. Aktuelle Analysen zeigen jedoch, dass die physiologische Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung je nach Muskel, Messbereich und Modell einen doppelt-hyperbolischen Verlauf aufweisen kann [3].
Bei mehrgelenkigen menschlichen Bewegungen ist die Last-Geschwindigkeits-Beziehung innerhalb des praktisch untersuchten Belastungsbereichs häufig näherungsweise linear. Dies ist jedoch eine empirische Näherung und darf nicht mit der kontraktilen Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung einer isolierten Muskelfaser gleichgesetzt werden [3].
Während konzentrischer Muskelaktionen sinkt die maximal mögliche Kraft mit zunehmender Verkürzungsgeschwindigkeit. Bei exzentrischen Muskelaktionen kann die Kraft über dem isometrischen Kraftniveau liegen und mit zunehmender Verlängerungsgeschwindigkeit ein Plateau erreichen. Die beim Menschen gemessene exzentrische Maximalkraft wird jedoch zusätzlich durch Technik, Vertrautheit, Schmerz, Motivation und die Fähigkeit zur maximalen neuronalen Aktivierung begrenzt [3, 12].
Muskelmechanische Leistung
Die mechanische Leistung ergibt sich aus dem Produkt von Kraft und Geschwindigkeit beziehungsweise von Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit. Bei sehr hoher äußerer Last ist die Bewegungsgeschwindigkeit gering; bei sehr niedriger Last ist die erzeugte Kraft gering. Die maximale mechanische Leistung wird daher typischerweise bei mittleren Bereichen der individuellen Kraft-Geschwindigkeits-Beziehung erreicht [1, 13].
Der leistungsoptimale Lastbereich ist bewegungs-, muskelgruppen-, trainings- und messverfahrensspezifisch. Ein universeller Prozentwert des Ein-Wiederholungs-Maximums für die maximale Leistung kann daher nicht angegeben werden. Ballistische Übungen, Sprünge und Würfe erreichen ihre maximale Leistung häufig bei anderen relativen Lasten als Kniebeugen, Bankdrücken oder Gewichtheberübungen [13, LL1].
Bei schnellen sportlichen Bewegungen ist neben der maximal erreichbaren Leistung die verfügbare Zeit zur Kraftentwicklung entscheidend. Bodenkontaktzeiten beim Sprinten oder Springen sind häufig deutlich kürzer als die Zeit, die zur Entwicklung der maximalen isometrischen Kraft benötigt wird. Unter diesen Bedingungen können der frühe Kraftanstieg und der innerhalb des verfügbaren Zeitfensters erzeugte Kraftimpuls leistungsbestimmender sein als der isolierte Maximalkraftwert [1, 2].
Neuromuskuläre Determinanten der Kraft
Die willkürlich erzeugbare Kraft wird durch morphologische, neuronale, muskulotendinöse, biomechanische und psychophysiologische Faktoren bestimmt. Der Beitrag der einzelnen Faktoren ist aufgaben-, geschwindigkeits-, gelenkwinkel- und trainingsspezifisch [1, 2, 4].
- Physiologischer Muskelquerschnitt: Die physiologische Querschnittsfläche beschreibt die Summe der Muskelfaserquerschnitte senkrecht zu ihrem Verlauf. Sie steht enger mit dem potenziellen isometrischen Kraftvermögen in Beziehung als die anatomische Querschnittsfläche allein.
- Muskelarchitektur: Fiederungswinkel, Faszikelquerschnitt, Faszikelzahl und Faszikel- beziehungsweise Muskelfaserlänge beeinflussen Kraftübertragung, Verkürzungsgeschwindigkeit und Bewegungsumfang.
- Spezifische Kraft: Die Kraft pro physiologischer Muskelquerschnittsfläche wird unter anderem durch kontraktile Proteinqualität, Myofilamentorganisation, Muskelfasertyp und Aktivierungsfähigkeit beeinflusst.
- Rekrutierung motorischer Einheiten: Mit steigendem Kraftbedarf werden zusätzliche motorische Einheiten (Nervenzelle mit den von ihr gesteuerten Muskelfasern) entsprechend ihrer Rekrutierungsschwelle aktiviert.
- Entladungsfrequenz: Eine höhere Entladungsfrequenz aktiver motorischer Einheiten verstärkt die zeitliche Summation der Einzelzuckungen und erhöht die resultierende Kraft.
- Neuronaler Antrieb: Die Fähigkeit des zentralen Nervensystems, die beteiligten Muskeln vollständig und aufgabenspezifisch zu aktivieren, beeinflusst Maximalkraft und Kraftanstiegsgeschwindigkeit.
- Intermuskuläre Koordination: Das zeitlich abgestimmte Zusammenwirken von Agonisten (hauptsächlich bewegungsausführenden Muskeln), Synergisten (unterstützenden Muskeln) und stabilisierenden Muskeln bestimmt, wie effektiv Muskelkraft in eine äußere Bewegung übertragen wird.
- Antagonistische Koaktivierung: Eine situationsgerechte Koaktivierung der Antagonisten (entgegengesetzt wirkenden Muskeln) erhöht die Gelenkstabilität. Eine übermäßige antagonistische Aktivierung vermindert das resultierende äußere Drehmoment.
- Sehnen- und Aponeuroseneigenschaften: Elastische Strukturen einschließlich der Aponeurosen (flächigen Sehnenplatten) beeinflussen die Übertragung kontraktiler Kraft, die Speicherung und Rückgabe elastischer Energie sowie die Geschwindigkeit der äußeren Kraftentwicklung.
- Biomechanische Hebelverhältnisse: Gelenkstellung, Muskelmomentarme, Segmentlängen und äußere Lastarme bestimmen, welches äußere Drehmoment aus einer gegebenen Muskelkraft entsteht.
- Technik und Lernstatus: Verbesserungen der Bewegungskoordination können besonders zu Beginn eines Trainings deutliche Leistungssteigerungen bewirken, bevor eine ausgeprägte Muskelhypertrophie (Zunahme der Muskelgröße) nachweisbar ist.
- Akuter Funktionszustand: Ermüdung, Schmerz, Muskeltemperatur, vorausgehende Belastung, Motivation, Aufmerksamkeit, Schlaf und Vertrautheit mit der Testaufgabe beeinflussen die messbare Kraftleistung.
Muskelfasertypen
Die Klassifikation menschlicher Skelettmuskelfasern erfolgt primär anhand der exprimierten Myosin-Schwerketten-Isoformen (unterschiedlichen Formen eines Muskelproteins). In der adulten menschlichen Extremitätenmuskulatur werden hauptsächlich Typ-I-, Typ-IIa- und Typ-IIx-Fasern unterschieden. Die Bezeichnung Typ IIb ist für normale adulte menschliche Extremitätenmuskeln nicht die korrekte Standardbezeichnung. Zusätzlich kommen hybride Muskelfasern vor, die mehr als eine Myosin-Schwerketten-Isoform exprimieren [5].
| Muskelfasertyp | Kontraktile Eigenschaften | Metabolische Eigenschaften | Funktionelle Einordnung |
|---|---|---|---|
| Typ I | Niedrigere maximale Verkürzungsgeschwindigkeit, längere Zuckungsdauer und hohe Ermüdungsresistenz | Hohe oxidative Kapazität sowie hohe Mitochondrien- und Kapillardichte | Besonders geeignet für lang anhaltende und niedrig- bis mittelintensive Belastungen |
| Typ IIa | Höhere Verkürzungsgeschwindigkeit und mechanische Leistung als Typ I bei mittlerer bis hoher Ermüdungsresistenz | Kombination aus oxidativer und glykolytischer Kapazität | Geeignet für wiederholte intensive sowie kraft- und schnellkraftbetonte Belastungen |
| Typ IIx | Sehr hohe Verkürzungsgeschwindigkeit und hohe maximale Leistung bei rascher Ermüdung | Hohe glykolytische und vergleichsweise geringe oxidative Kapazität | Bedeutsam für kurze, sehr intensive Kraft- und Beschleunigungsleistungen |
| Hybride Muskelfasern | Koexpression mehrerer Myosin-Schwerketten-Isoformen | Variable metabolische Eigenschaften | Vermehrtes Auftreten insbesondere bei Anpassungs-, Übergangs- und Inaktivitätsprozessen |
Die Eigenschaften der Muskelfasertypen bilden ein funktionelles Kontinuum. Die ältere Gegenüberstellung „roter“ und „weißer“ Muskelfasern ist eine starke Vereinfachung und bildet die heterogenen kontraktilen und metabolischen Eigenschaften menschlicher Muskelfasern nicht angemessen ab [5].
Ein Muskel besteht aus zahlreichen motorischen Einheiten und enthält in der Regel unterschiedliche Muskelfasertypen. Die Fasertypverteilung unterscheidet sich zwischen Muskeln und Personen und wird durch genetische Faktoren, Alter, Trainingszustand, Inaktivität und Erkrankungen beeinflusst [5, 11].
Menschliche Muskelfasern sind plastisch. Training und Inaktivität können Verschiebungen zwischen reinen und hybriden Fasertypen bewirken. Am konsistentesten nachgewiesen sind Übergänge zwischen Typ IIx, hybriden Typ-IIa/IIx-Fasern und Typ IIa. Vollständige Übergänge zwischen Typ I und Typ II sind beim Menschen weniger einheitlich belegt und hängen unter anderem von Trainingsreiz, Ausgangszustand und Untersuchungsmethode ab [5].
Maximalkraft und Muskelquerschnitt
Zwischen physiologischer Muskelquerschnittsfläche und maximaler Kraft besteht grundsätzlich ein positiver Zusammenhang. Der Muskelquerschnitt erklärt jedoch nicht alle interindividuellen oder trainingsbedingten Kraftunterschiede. Muskelarchitektur, spezifische Kraft, Sehnenmechanik, neuronale Aktivierung, Koordination und biomechanische Bedingungen tragen eigenständig zur Kraftleistung bei [1, 4].
Zu Beginn eines Krafttrainings können Kraftzuwächse zu einem wesentlichen Anteil durch neuronale, koordinative und technische Anpassungen entstehen. Dazu gehören eine verbesserte aufgabenspezifische Aktivierung, Veränderungen der Rekrutierung und Entladungsfrequenz motorischer Einheiten, eine effizientere intermuskuläre Koordination und eine Verringerung unnötiger antagonistischer Aktivität. Hypertrophe Prozesse können ebenfalls früh beginnen, tragen mit zunehmender Trainingsdauer jedoch stärker zum messbaren Kraftzuwachs bei [4].
Schnellkraft und Kraftanstiegsgeschwindigkeit
Die Kraftanstiegsgeschwindigkeit wird aus der Steigung der Kraft-Zeit-Kurve abgeleitet. Sie ist kein einzelner konstanter Messwert, sondern hängt wesentlich vom ausgewerteten Zeitfenster ab. Sehr frühe Zeitfenster werden stärker durch den raschen neuronalen Antrieb, die initiale Entladungsfrequenz motorischer Einheiten und die muskulotendinöse Kraftübertragung beeinflusst. In späteren Zeitfenstern nimmt der Einfluss der Maximalkraft und der kontraktilen Kapazität zu [2].
Die Kraftanstiegsgeschwindigkeit weist eine größere Messvariabilität auf als die maximale isometrische Kraft. Für valide Verlaufsmessungen sind daher eine Standardisierung von Gelenkwinkel, Körperposition, Ausgangsspannung, Instruktion, Kontraktionsbeginn, Filterung und Auswertungszeitfenster sowie mehrere Messversuche erforderlich [2].
Metaanalytische Daten zeigen, dass Widerstandstraining die Kraftanstiegsgeschwindigkeit verbessern kann. Größere Effekte werden insbesondere beobachtet, wenn die Trainingsbewegung dem untersuchten Bewegungsmuster ähnelt und die Kraftentwicklung mit maximaler Beschleunigungsabsicht erfolgt. Bei hohen Lasten kann die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit gering bleiben, obwohl die Intention einer maximal schnellen konzentrischen Kraftentwicklung besteht [6].
Reaktive Kraft und Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus
Bei einem Dehnungs-Verkürzungs-Zyklus folgt auf eine schnelle exzentrische Muskelaktion unmittelbar eine konzentrische Muskelaktion. Die resultierende Leistung kann durch elastische Energiespeicherung und -rückgabe, Voraktivierung, Reflexbeiträge, Muskel-Sehnen-Steifigkeit und einen günstigen kontraktilen Ausgangszustand erhöht werden [13].
Die reaktive Kraft ist stark bewegungs- und testspezifisch. Ergebnisse eines Drop-Jump-Tests können nicht ohne Weiteres auf Sprintleistung, Laufökonomie oder andere Sprungformen übertragen werden. Bei der Interpretation des Reaktivkraftindex sind Absprunghöhe, Bodenkontaktzeit, Fallhöhe, Sprungtechnik und Messsystem gemeinsam zu berücksichtigen.
Kraftausdauer
Kraftausdauer beschreibt die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem belastungsbedingten Abfall wiederholter oder länger anhaltender Kraftleistungen. Sie hängt unter anderem von der relativen Belastungsintensität, der Dauer der Einzelkontraktionen, dem Arbeits-Pausen-Verhältnis, der lokalen Durchblutung, der oxidativen und glykolytischen Kapazität, der Metabolitentoleranz sowie der Rekrutierung und Ermüdung motorischer Einheiten ab.
Die bei einem bestimmten Prozentsatz des Ein-Wiederholungs-Maximums mögliche Wiederholungszahl variiert erheblich zwischen Übungen, Muskelgruppen und Personen. Eine universell gültige Zuordnung eines Prozentsatzes des Ein-Wiederholungs-Maximums zu einer festen Wiederholungszahl ist daher nicht möglich.
Trainierbarkeit der Kraft
Regelmäßiges progressives Widerstandstraining verbessert gegenüber körperlicher Inaktivität konsistent die Maximalkraft, Muskelmasse, muskuläre Leistung und körperliche Funktion [8, 9, LL1]. Die optimale Trainingsgestaltung hängt vom primären Trainingsziel, dem Trainingszustand, dem Alter, dem Gesundheitszustand und der verfügbaren Regeneration ab.
- Maximalkraft: Höhere Lasten sind für die Verbesserung der dynamischen Maximalkraft und insbesondere des Ein-Wiederholungs-Maximums im Mittel wirksamer als ausschließlich niedrige Lasten. Die aktuelle ACSM-Position bewertet für gesunde Erwachsene unter anderem höhere Lasten, mindestens zwei Trainingseinheiten pro Woche, eine vollständige aufgabenspezifische Bewegungsamplitude und mehrere Arbeitssätze als wirksame Merkmale der Maximalkraftentwicklung [8, LL1].
- Muskelhypertrophie: Muskelwachstum kann über einen breiten Lastbereich erreicht werden, sofern die Sätze mit einem hinreichenden Anstrengungsgrad ausgeführt werden. Das kumulative Trainingsvolumen beeinflusst die Hypertrophie stärker als eine bestimmte Wiederholungszahl allein [8, 9, LL1].
- Muskelmechanische Leistung: Leistungsorientiertes Training profitiert von Übungen, bei denen eine hohe konzentrische Beschleunigungsabsicht möglich ist. Der geeignete Lastbereich hängt von der Übung und der Zielbewegung ab [13, LL1].
- Kraftanstiegsgeschwindigkeit: Eine explosive Aktivierungsabsicht und die Ähnlichkeit zwischen Trainings- und Zielbewegung sind wesentliche Trainingsmerkmale [6].
- Exzentrische Kraft: Exzentrisch betonte Belastungen ermöglichen hohe mechanische Kräfte. Die Anpassungen sind jedoch spezifisch für Muskelaktionsform, Bewegungsgeschwindigkeit, Gelenkwinkel und Bewegungsumfang [12].
Keine einzelne Widerstandstrainingsmethode ist allen anderen Methoden für sämtliche Kraftdimensionen überlegen. Belastung, Trainingsvolumen, Frequenz, Bewegungsgeschwindigkeit, Bewegungsamplitude, Übungsauswahl und Übungsreihenfolge müssen am primären Trainingsziel ausgerichtet werden [8, 9, LL1].
Messung der Kraftfähigkeit
Krafttests erfassen immer die Leistung unter den jeweiligen Testbedingungen. Ein Testergebnis kann deshalb nicht als kontextfreie Eigenschaft des gesamten neuromuskulären Systems interpretiert werden. Für Verlaufskontrollen müssen Körperposition, Gelenkwinkel, Bewegungsumfang, Geschwindigkeit, Aufwärmen, Instruktion, Pausendauer, Geräteinstellung und Auswertungsmethode standardisiert werden [2, 7].
| Messverfahren | Erfasste Größe | Stärken | Limitationen |
|---|---|---|---|
| Maximale isometrische Dynamometrie | Maximalkraft beziehungsweise maximales Drehmoment bei definierter Gelenkstellung | Gute Standardisierbarkeit; Erfassung von Maximalkraft, Kraft-Zeit-Kurve und Kraftanstiegsgeschwindigkeit möglich | Stark gelenkwinkel- und aufgabenspezifisch; keine direkte Aussage über dynamische Bewegungsleistungen |
| Ein-Wiederholungs-Maximum | Größte Last, die bei standardisierter Technik einmal vollständig bewegt werden kann | Hohe praktische Relevanz für dynamische Maximalkraft und Trainingssteuerung | Abhängig von Technik, Erfahrung, Bewegungsamplitude, Motivation und Übungsauswahl |
| Isokinetische Dynamometrie | Gelenkdrehmoment bei kontrollierter Winkelgeschwindigkeit | Standardisierte konzentrische und exzentrische Messungen über einen definierten Bewegungsbereich | Geräteabhängig; nicht identisch mit natürlichen beschleunigten Bewegungen; keine direkte Messung der Kraft eines einzelnen Muskels |
| Handgriffkraft | Maximale isometrische Griffkraft | Einfach, kostengünstig und als allgemeiner funktioneller beziehungsweise prognostischer Marker geeignet | Kein Ersatz für sport- oder muskelgruppenspezifische Kraftdiagnostik |
| Sprung- und Feldtests | Resultierende Leistung des neuromuskulären Systems bei komplexen Bewegungen | Hohe sportpraktische Relevanz; Erfassung von Sprungleistung und reaktiver Kraft möglich | Stark von Technik, Koordination, Körpermasse und Messmodell abhängig |
| Last-Geschwindigkeits-Profil | Bewegungsgeschwindigkeit bei mehreren standardisierten äußeren Lasten | Darstellung einer individuellen übungsbezogenen Last-Geschwindigkeits-Beziehung | Übungs- und gerätespezifisch; Extrapolationen zum Ein-Wiederholungs-Maximum können fehlerbehaftet sein |
Systematische Daten zeigen für standardisierte Ein-Wiederholungs-Maximum-Tests im Allgemeinen eine gute bis sehr gute Test-Retest-Reliabilität. Dennoch sind eine ausreichende Einweisung und bei unerfahrenen Personen gegebenenfalls mehrere Familiarisierungsversuche erforderlich. Für Verlaufsmessungen müssen dieselbe Übung, dieselbe Technik und dieselbe Bewegungsamplitude verwendet werden [7].
Einfluss von Alter und Geschlecht
Absolute Kraftunterschiede zwischen Männern und Frauen werden wesentlich durch Unterschiede der Muskelmasse, Muskelquerschnittsfläche, Körperdimensionen und biomechanischen Voraussetzungen erklärt. Nach Normierung auf Muskelquerschnitt oder fettfreie Masse werden die Unterschiede deutlich kleiner. Die verbleibenden Unterschiede sind muskelgruppen- und messverfahrensabhängig; die interindividuelle Streuung ist groß [11].
Geschlechtsbezogene Gruppenunterschiede der Muskelfasertypverteilung und Muskelfaserquerschnittsflächen erlauben keine zuverlässige Vorhersage der individuellen Kraftfähigkeit und rechtfertigen keine unterschiedlichen physiologischen Definitionen der Kraftfähigkeit [11].
Mit zunehmendem Alter nehmen Muskelkraft und insbesondere muskuläre Leistung im Mittel ab. Neben dem Verlust von Muskelmasse tragen Veränderungen motorischer Einheiten, eine verminderte neuronale Aktivierung, Beeinträchtigungen schneller Muskelfasern, Veränderungen der Muskelarchitektur und Sehneneigenschaften, körperliche Inaktivität und Begleiterkrankungen dazu bei.
Der europäische EWGSOP2-Konsensus gewichtet eine verminderte Muskelkraft als vorrangiges klinisches Merkmal einer wahrscheinlichen Sarkopenie (alters- oder krankheitsbedingter Verlust von Muskelkraft und Muskelmasse). Eine verminderte Muskelquantität oder Muskelqualität bestätigt die Diagnose; eine zusätzlich eingeschränkte körperliche Leistungsfähigkeit kennzeichnet eine schwere Sarkopenie [LL4].
Gesundheitliche und funktionelle Bedeutung
Muskelkraft ist eine wesentliche Voraussetzung für Mobilität, Gleichgewicht, Treppensteigen, Aufstehen, Tragen, Abfangen von Stürzen und selbstständige Alltagsaktivitäten. Eine geringe Muskelkraft ist in prospektiven Kohortenstudien mit einer höheren Gesamtmortalität (Sterblichkeit unabhängig von der Todesursache) assoziiert. Die Assoziation bleibt in zahlreichen Analysen auch nach statistischer Berücksichtigung wichtiger Störgrößen bestehen, beweist für sich allein jedoch keine Kausalität [10].
Beobachtungsstudien zeigen zudem Zusammenhänge zwischen muskelkräftigender körperlicher Aktivität und einem geringeren Risiko für Gesamtmortalität, kardiovaskuläre Erkrankungen (Herz-Kreislauf-Erkrankungen), Krebserkrankungen und Diabetes mellitus Typ 2 (Zuckerkrankheit des Erwachsenenalters). Da die zugrunde liegenden Kohortenstudien überwiegend auf selbstberichteter Trainingsaktivität beruhen, können Residualkonfundierung, Fehlklassifikation und umgekehrte Kausalität nicht vollständig ausgeschlossen werden [14].
Die Weltgesundheitsorganisation empfiehlt Erwachsenen ergänzend zur aeroben körperlichen Aktivität an mindestens zwei Tagen pro Woche muskelkräftigende Aktivitäten, die alle großen Muskelgruppen beanspruchen. Für ältere Erwachsene werden zusätzlich mehrkomponentige körperliche Aktivitäten mit Schwerpunkt auf funktionellem Gleichgewicht und Kraft empfohlen [LL2].
Bei Personen mit stabilen kardiovaskulären Erkrankungen kann individuell angepasstes Widerstandstraining Bestandteil eines sicheren und wirksamen Trainingsprogramms sein. Trainingsbeginn, Belastung und Progression müssen an klinischen Zustand, Leistungsfähigkeit, Begleiterkrankungen und mögliche Kontraindikationen angepasst werden [LL3].
Sportmedizinische Kernaussagen
- Kraft ist eine mehrdimensionale und aufgabenspezifische motorische Fähigkeit.
- Maximalkraft, Schnellkraft, Kraftanstiegsgeschwindigkeit, Leistung, reaktive Kraft und Kraftausdauer müssen begrifflich und diagnostisch getrennt werden.
- Die äußere Kraftleistung wird nicht allein durch den Muskelquerschnitt, sondern durch neuronale Aktivierung, Muskelarchitektur, Sehneneigenschaften, Koordination und biomechanische Hebelverhältnisse bestimmt.
- Die klassische Hill-Hyperbel ist ein grundlegendes Modell der Muskelmechanik, beschreibt menschliche mehrgelenkige Bewegungen jedoch nicht unter allen Bedingungen vollständig.
- In der adulten menschlichen Extremitätenmuskulatur sind Typ I, Typ IIa und Typ IIx die maßgeblichen reinen Muskelfasertypen. Typ IIb ist hier nicht die korrekte Standardklassifikation.
- Isometrische Muskelaktivität bedeutet einen äußerlich unveränderten Gelenkwinkel beziehungsweise Muskel-Sehnen-Komplex, nicht zwingend eine vollständig konstante Länge aller Muskelfaszikel.
- Absolute Kraft ist der nicht normierte Kraftwert. Sie darf nicht mit einer hypothetischen, durch Gefahr oder Elektrostimulation mobilisierbaren Kraftreserve gleichgesetzt werden.
- Kraftmessungen sind nur unter standardisierten und identischen Testbedingungen zuverlässig vergleichbar.
- Progressives Widerstandstraining verbessert Kraft, Muskelmasse, muskuläre Leistung und körperliche Funktion über das gesamte Erwachsenenalter hinweg.
Literatur
- Suchomel TJ, Nimphius S, Bellon CR, Stone MH: The Importance of Muscular Strength: Training Considerations. Sports Med. 2018;48(4):765-785. doi:10.1007/s40279-018-0862-z [1]
- Maffiuletti NA, Aagaard P, Blazevich AJ et al.: Rate of force development: physiological and methodological considerations. Eur J Appl Physiol. 2016;116(6):1091-1116. doi:10.1007/s00421-016-3346-6 [2]
- Alcazar J, Csapo R, Ara I, Alegre LM: On the Shape of the Force-Velocity Relationship in Skeletal Muscles: The Linear, the Hyperbolic, and the Double-Hyperbolic. Front Physiol. 2019;10:769. doi:10.3389/fphys.2019.00769 [3]
- Folland JP, Williams AG: The adaptations to strength training: morphological and neurological contributions to increased strength. Sports Med. 2007;37(2):145-168. doi:10.2165/00007256-200737020-00004 [4]
- Plotkin DL, Roberts MD, Haun CT, Schoenfeld BJ: Muscle Fiber Type Transitions with Exercise Training: Shifting Perspectives. Sports (Basel). 2021;9(9):127. doi:10.3390/sports9090127 [5]
- Blazevich AJ, Wilson CJ, Alcaraz PE, Rubio-Arias JA: Effects of Resistance Training Movement Pattern and Velocity on Isometric Muscular Rate of Force Development: A Systematic Review with Meta-analysis and Meta-regression. Sports Med. 2020;50(5):943-963. doi:10.1007/s40279-019-01239-x [6]
- Grgic J, Lazinica B, Schoenfeld BJ, Pedisic Z: Test-Retest Reliability of the One-Repetition Maximum (1RM) Strength Assessment: a Systematic Review. Sports Med Open. 2020;6(1):31. doi:10.1186/s40798-020-00260-z [7]
- Currier BS, McLeod JC, Banfield L et al.: Resistance training prescription for muscle strength and hypertrophy in healthy adults: a systematic review and Bayesian network meta-analysis. Br J Sports Med. 2023;57(18):1211-1220. doi:10.1136/bjsports-2023-106807 [8]
- McLeod JC, Currier BS, Lowisz CV, Phillips SM: The influence of resistance exercise training prescription variables on skeletal muscle mass, strength, and physical function in healthy adults: An umbrella review. J Sport Health Sci. 2024;13(1):47-60. doi:10.1016/j.jshs.2023.06.005 [9]
- García-Hermoso A, Cavero-Redondo I, Ramírez-Vélez R et al.: Muscular Strength as a Predictor of All-Cause Mortality in an Apparently Healthy Population: A Systematic Review and Meta-Analysis of Data From Approximately 2 Million Men and Women. Arch Phys Med Rehabil. 2018;99(10):2100-2113.e5. doi:10.1016/j.apmr.2018.01.008 [10]
- Nuzzo JL: Sex differences in skeletal muscle fiber types: A meta-analysis. Clin Anat. 2024;37(1):81-91. doi:10.1002/ca.24091 [11]
- Roig M, O'Brien K, Kirk G et al.: The effects of eccentric versus concentric resistance training on muscle strength and mass in healthy adults: a systematic review with meta-analysis. Br J Sports Med. 2009;43(8):556-568. doi:10.1136/bjsm.2008.051417 [12]
- Cormie P, McGuigan MR, Newton RU: Developing maximal neuromuscular power: Part 1--biological basis of maximal power production. Sports Med. 2011;41(1):17-38. doi:10.2165/11537690-000000000-00000 [13]
- Momma H, Kawakami R, Honda T, Sawada SS: Muscle-strengthening activities are associated with lower risk and mortality in major non-communicable diseases: a systematic review and meta-analysis of cohort studies. Br J Sports Med. 2022;56(13):755-763. doi:10.1136/bjsports-2021-105061 [14]
Leitlinien, Referenzwerte und Protokolle
- Currier BS, D'Souza AC, Fiatarone Singh MA et al.: American College of Sports Medicine Position Stand. Resistance Training Prescription for Muscle Function, Hypertrophy, and Physical Performance in Healthy Adults: An Overview of Reviews. Med Sci Sports Exerc. 2026;58(4):851-872. doi:10.1249/MSS.0000000000003897 [LL1]
- Bull FC, Al-Ansari SS, Biddle S et al.: World Health Organization 2020 guidelines on physical activity and sedentary behaviour. Br J Sports Med. 2020;54(24):1451-1462. doi:10.1136/bjsports-2020-102955 [LL2]
- Paluch AE, Boyer WR, Franklin BA et al.: Resistance Exercise Training in Individuals With and Without Cardiovascular Disease: 2023 Update: A Scientific Statement From the American Heart Association. Circulation. 2024;149(3):e217-e231. doi:10.1161/CIR.0000000000001189 [LL3]
- Cruz-Jentoft AJ, Bahat G, Bauer J et al.: Sarcopenia: revised European consensus on definition and diagnosis. Age Ageing. 2019;48(1):16-31. doi:10.1093/ageing/afy169 [LL4]