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Muskelform und -kraft: Warum erzeugen manche Muskeln mehr Kraft
Unter Muskelarchitektur versteht man die physische Anordnung der Muskelfasern auf makroskopischer Ebene, die sich direkt auf die mechanische Funktion des Muskels auswirkt. Die architektonische Definition von Muskeln wird üblicherweise in drei Typen unterteilt: Parallelmuskeln, Pennatusmuskeln und Muskelhydrops. Gleichzeitig haben auch unterschiedliche Muskelparameter wie Muskellänge, Faserlänge, Fiederungswinkel und physiologische Querschnittsfläche (PCSA) Einfluss auf die Krafterzeugung und -übertragung.
Architekturtypen
Parallele Muskeln und Pennatusmuskeln sind die beiden Haupttypen, während der Muskelhydrops als dritter Untertyp angesehen werden kann. Der Muskelarchitekturtyp wird durch die Ausrichtung der Muskelfasern in Richtung der Achse der Krafterzeugung bestimmt. Je nach Muskelarchitektur ist die von einem Muskel erzeugte Kraft proportional zu seinem Querschnitt. Das bedeutet: Je größer der Querschnitt, desto größer die erzeugte Kraft.
Parallele Muskeln
Parallele Muskeln sind Muskeln, deren Fasern entlang der Achse der Krafterzeugung ausgerichtet sind, typischerweise für schnelle oder weitreichende Bewegungen verwendet werden und anhand der anatomischen Querschnittsfläche (ACSA) gemessen werden können. Parallele Muskeln können weiter in drei Hauptkategorien unterteilt werden: Riemenmuskeln, Spindelmuskeln und Fächermuskeln.
Muskeln spannen
Riemenmuskeln haben die Form von Bändern, wobei die Fasern längs zur Kontraktionsrichtung angeordnet sind. Diese Muskeln haben breitere Ansätze als andere Muskeltypen und können auf etwa 40–60 % ihrer Ruhelänge verkürzt werden. Riemenmuskeln, beispielsweise die Kehlkopfmuskulatur, spielen beim Sprechen und Singen eine wichtige Rolle.
Spindelmuskel
Spindelmuskeln sind in der Mitte zylindrisch und verjüngen sich an den Enden. Diese Art linearer Bewegung ist zwischen den Befestigungspunkten gerade. Aufgrund ihrer Form konzentriert sich die von den Spindelmuskeln erzeugte Kraft auf eine kleine Fläche. Der menschliche Bizeps ist ein Beispiel für diesen Typ.
Konvergenzmuskel
Konvergente Muskeln sind dreieckige Muskeln, deren Fasern auf einer Seite (meist eine Sehne) zusammenlaufen und sich auf der anderen Seite fächerartig ausbreiten. Der menschliche Musculus pectoralis major ist ein Beispiel für einen konvergierenden Muskel, der zwar eine schwächere Zugkraft als andere parallel verlaufende Muskelfasern besitzt, dafür aber die Eigenschaft hat, die Zugrichtung zu ändern.
Hängender Muskel
Im Gegensatz zu parallelen Muskeln sind die Fasern des gefiederten Muskels in einem Winkel zur Achse der Krafterzeugung ausgerichtet (dem so genannten Pennatwinkel) und setzen normalerweise an einer zentralen Sehne an. Durch diesen Aufbau verfügen die Pennatusmuskeln über eine verhältnismäßig große Muskelfaseranzahl und können dadurch eine höhere Kraft erzeugen. Gefiederte Muskeln können in einfach gefiederte, doppelt gefiederte und mehrfach gefiederte Muskeln unterteilt werden.
Einzelne Feder
Die Fasern eines Simplex-Muskels sind einseitig der Sehne in einem einzigen Winkel angeordnet, wie zum Beispiel beim Musculus gastrocnemius lateralis.
Doppelte Federn
Auf beiden Seiten der Sehne befinden sich die Fasern der biparietalen Muskeln, wie beim Menschen beispielsweise der Musculus ossicularis und der Musculus rectus femoris.
Mehrere Federn
Bei vielfiederigen Muskeln, wie zum Beispiel dem menschlichen Deltamuskel, sind die Fasern in mehreren Winkeln entlang der Kraft erzeugenden Achse angeordnet.
Wasserähnliche Muskeln
Wasserstoffmuskeln arbeiten unabhängig vom starren Skelettsystem und werden normalerweise durch Bindegewebe gestützt, sodass sie ein stabiles Volumen aufweisen. Muskelfasern ziehen sich entlang dreier allgemeiner Wirkungslinien zusammen: parallel, senkrecht und spiralförmig. Diese Kontraktionen ermöglichen dem Hydrozephalus, eine Vielzahl komplexer Bewegungen auszuführen.
Stromerzeugung
Die Muskelarchitektur beeinflusst die Kraftproduktion direkt, wobei die Kraft über die Variablen Muskelvolumen, Faserlänge, Fasertyp und Fädelwinkel direkt mit der Querschnittsfläche korreliert. Der physiologische Querschnittsbereich (PCSA) beschreibt die Muskelkraftproduktion genauer als der anatomische Querschnittsbereich (CSA).
Verschiedene Muskelfasertypen beeinflussen auch die Krafterzeugung. Fasern vom Typ I, IIa und IIb haben jeweils ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften und Möglichkeiten zur Krafterzeugung.
Pendelwinkel und Kraftverhältnis
Der Pennationswinkel hängt mit der Kontraktionsgeschwindigkeit des gesamten Muskels und der Kontraktionsgeschwindigkeit einer einzelnen Faser zusammen. Durch Ändern des Pennationswinkels können wir unter verschiedenen Trainingsbedingungen variable Krafterzeugungsmöglichkeiten erreichen, wodurch sich verschiedene Muskeldesigns anpassen können an unterschiedliche Trainingsbedürfnisse.
Architektur-Übersetzungsverhältnis
Das architektonische Getriebeverhältnis (AGR) vergleicht die Kontraktionsgeschwindigkeit des gesamten Muskels mit der Kontraktionsgeschwindigkeit einzelner Fasern. Durch Anpassen des Fiederungswinkels kann es zu Änderungen der Geschwindigkeit und Krafterzeugungseffizienz des Fiederungsmuskels kommen, was sich wiederum auf die allgemeine sportliche Leistung des Muskels auswirkt.
Wie können wir die Eigenschaften dieser Muskeln in unserem täglichen Leben nutzen, um unsere sportliche Leistung zu steigern und sie zum Schlüssel unseres Fitnesstrainings zu machen?
