Sprint Biomechanik

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Geschwindigkeit = Schrittlänge x Frequenz

[showhide type=”speed” more_text=”Show speed (%s More Words)” less_text=”Hide speed (%s More Words)”]

Das Ziel beim Sprint ist es eine Strecke in möglichst kurzer Zeit zu überwinden und ist gleichbedeutend mit dem Erreichen einer möglichst großen mittleren Geschwindigkeit (mG). Die mG, die es zu steigern gilt, lässt sich über die Schrittlänge (Sl) und Schrittfrequenz (Sf) beeinflussen. Mg, Sl, und Sf befinden sich in funktionaler Abhängigkeit. Das Bedeutet, in Bezug auf eine Steigerung der mG sind drei Kombinationen im Zusammenspiel von Sl und Sf möglich:

Schrittlänge und Schrittfrequenz werden gesteigert
Die Schrittlänge wird so stark erhöht, dass dadurch eine Abnahme der Schrittfrequenz entsteht
Die Schrittfrequenz wird so stark gesteigert, dass eine Abnahme der Schrittlänge die Folge ist.

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Auftretende Kräfte und Wechselwirkungsprinzip (Aktion und Reaktion)

[showhide type=”action” more_text=”Show action (%s More Words)” less_text=”Hide action (%s More Words)”]

Muskelkraft
Schwerkraft
Die Trägheits- bzw. Zentrifugal- und Corioliskraft

Die Muskelkraft bewirkt die Vorwärtsbewegung aus dem Stand. Die Schwerkraft zieht einen zu Boden und die Trägheitskraft bewegt z.B. Menschen in einem Auto, beim Bremsen nach vorne. Die Wechselwirkung im Zusammenspiel dieser drei Faktoren ist beim Sprintlauf, z.B. in der Bewegung des Schwungbeins, vom höchsten Punkt, bis zum Bodenkontakt, zu beobachten. Am Ende der Abdruckphase, in der Flugphase, schwingt der vordere Oberschenkel, mit Unterstützung der Hüftbeugemuskulatur nach vorne, in eine fast horizontale Position, bei senkrecht stehendem Schienbein, bei einem im Optimalfall, maximalen Winkel von 90°. Hier kommen nun alle drei auftretenden Kräfte zusammen. Der Oberschenkel wird von der Hüftstreckenden Muskulatur, abrupt nach unten gezogen, wobei die Schwerkraft unterstütz. Gleichzeitig schwingt der Unterschenkel mit Schienbein und Fuß, durch das Trägheitsmoment und Oberschenkelmuskulatur nach vorne in die Kniestreckung. Dabei kann man im Sprintlauf auch bewusst das Trägheitsmoment ausnutzen, um einen Fußaufsatz vor dem Körperschwerpunkt zu ermöglichen, um so aktiv, greifend noch mehr Vorwärtsbewegung generieren zu wollen. Dieser ist aber beim Bodenkontakt mit einem stärkeren Einsatz der hinteren Oberschenkelmuskulatur verbunden.

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Wechselwirkungsprinzip

[showhide type=”interaction” more_text=”Show interaction (%s More Words)” less_text=”Hide interaction (%s More Words)”]

Nach dem dritten Newtonischen Axiom kann eine Kraft (actio) nie alleine auftreten, sie hat immer eine Gegenkraft (reactio), die an einem anderen Körper angreift. Ein auf dem Boden stehender Mensch von 70 Kg wirkt auf die Unterstützungsfläche eine Kraft von 700 N. Für die Vorwärtsbewegung muss die Kraft in diesem Fall mehr als 700 N betragen und nach hinten unten gerichtet sein. Hervorgerufen wird die Kraft beim Sprint durch die Streckung bzw. das aktive Durchziehen des Stützbeins hinter den Körper und der Schwungelemente der Arme und des Schwungbeins. Im bedeutet im Umkehrschluss, wenn man ausschließlich die Muskelmasse zweier ansonsten identischer Athleten, betrachtet, dass Sprinter mit großen, schnellen Muskeln im Vorteil gegenüber schmächtigeren Athleten sind, weil die Muskeln im Verhältnis zu ihrem Gewicht eine deutlich größere Kraft entwickeln können, die bei effektiver Technik für mehr Vortrieb sorgt. Die Reaktionskräfte der Arme lassen sich am besten ausnutzen, wenn diese aus der Schulter und in einem 90° geöffneten Ellbogenwinkel eingesetzt werden.

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Hebel

[showhide type=”levers” more_text=”Show levers (%s More Words)” less_text=”Hide levers (%s More Words)”]

Die Funktion von Hebeln ist vor allem das heben und tragen von Lasten. Hebel verfügen über eine Drehachse und zwei Kraftarme. Bei einseitigen Hebeln wirken beide Kräfte von der Drehachse gesehen auf der gleichen Seite. Unser Körper bietet einige Möglichkeiten mit geringem Kraftaufwand große Kräfte zu erzeugen.

„Wird z.B. beim Sprinten in der Schwungphase der Unterschenkel zu früh gestreckt, dann kann der Oberschenkel in den wenigsten Fällen bis zur Waagerechten angehoben werden, wenn die Hüftmuskulatur auf der Stützbeinseite das Becken stabilisiert. Wird das Schwungbein doch bis zur Horizontalen angehoben, so geschieht dies meist durch Aufrichten des Beckens und eine Rundrückenhaltung im Lendenwirbelbereich , d.h., die funktionelle Lendenlordose wird zu einer Lendenkyphose aufgelöst. Oft wird das Becken schon zu Beginn des Hebens aufgerichtet, um die beinhebende (= hüftbeugende) Muskulatur mehr vorzuspannen und das Schwungbein höher zu heben. Der Kniehub wird also durch die beckenaufrichtende Gesäß- und Bauchmuskulatur unterstützt, die dadurch schneller ermüdet und in ihrer eigentlichen Funktion der Rumpfstabilisierung und Hüftstreckung langfristig beeinträchtigt wird. Zusätzlich wird mit dem Aufrichten des Beckens die hintere Streckung des Stützbeins in der Hüfte und im Knie eingeschränkt und damit eine optimale oft an einem sitzenden Laufstil erkennbar“ (Schöllhorn 2003, S. 22).

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Drehimpuls- und Impulserhaltung

[showhide type=”impulse” more_text=”Show impulse (%s More Words)” less_text=”Hide impulse (%s More Words)”]

Bei der Bewegung von Körpern, vor allem bei Annäherung und Entfernung spielt das Trägheitsmoment wieder eine entscheidende Rolle, als Maß, für den Widerstand eines Körpers, der bei einer Drehbewegung überwunden werden muss. Segmente, die sich weiter von der Drehachse entfernt befinden haben ein größeres Trägheitsmoment, als der Achse naheliegende Objekte. Beim Sprint machen wir uns dieses Phänomen beim Anfersen des Beines in der Schwungphase zu nutzen. Durch die Annährung des Beines an die Drehachse (Hüfte), verringert sich der Winkel und es entsteht eine große Winkelgeschwindigkeit, sodass das Bein deutlich schneller nach vorne oben geführt werden kann.

Das Prinzip der Impulserhaltung ist am besten am Besipiel zweier Kugeln zu erklären. Wenn Kugel A auf eine ruhende Kugel B stößt, bleibt Kugel A stehen und Kugel B rollt mit der Geschwindigkeit weiter, mit der Kugel A ankam. Wenn beide Kugeln mit einer Schnur verbunden sind. Kugel A entfernt sich in diesem neuen Szenario von Kugel. Sobald die Schnur sich spannt und gespannt bleit, rollen beide Kugeln mit der halben Geschwindigkeit, der Anfangsgeschwindigkeit von A weiter. Das bedeutet ein Teil des Impulses wurde von A auf B übertragen.

Das Produkt aus Masse (m) und Geschwindigkeit (v) eines Körpers bildet den Impuls (p=m x v).

Im Sprint können wir die Kugel a durch die Arme und Kugel B durch den Rumpf und das Stützbein austauschen. Die Schnur bildet beim Laufen die Muskulatur, die die Arme und Beine beim weiterbewegen hindert. Sobald die Arme, bzw. das Schwungbein am Umkehrpunt abgebremst werden, wird der Bewegungsimpuls der Schwungelemente auf den restlichen Körper übertragen. Dabei wird der Körper praktisch hinter den armen hergezogen. Der Impulstransfer ist also abhängig von der Stärke des Bewegungsimpulses der Schwungelemente, sowie der Stärke des Abbremsens (Impulsänderung) am Umkehrpunkt.

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Die optimale Position

[showhide type=”perfectposition” more_text=”Show perfectposition (%s More Words)” less_text=”Hide perfectposition (%s More Words)”]

Die Bewegungsausführung aus einer optimalen Position, ist nicht nur beim Sprintstart aus dem Blöcken entscheidend, sondern auch bei der Weiterführung der Bewegung. Neben den Dreh- und Impulserhaltenden Kräften ist die Entwicklung und Weiterführung einer hohen Geschwindigkeit abhängig von der Ausganglänge eines Muskels. Die Muskelkraft kann, kann nur bei einer optimalen Ausganglage maximal ausgenutzt werden. Die optimale Länge eines Muskels wird dabei durch die Befestigungspunkte, Muskelansatz und Ursprung bestimmt. Durch die Gelenkstellung wird Einfluss auf die Muskellänge genommen. Verläuft der Muskel nur über ein Gelenk, dann bezieht sich die Optimale Stellung nur auf dieses (z.B. Schollenmuskel/Wade und Sprunggelenk). Verläuft der Muskel über zwei Gelenke ist die Bestimmung einer optimalen Lage komplexer und kann durch eine Vielzahl an Kombinationen beider Gelenke erzielt werden (z.B. Zweiköpfiger Wadenmuskel und Fuß,- sowie Kniegelenk).

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Anatomisch – Muskelphysiologisches Zusammenspiel

[showhide type=”physiology” more_text=”Show physiology (%s More Words)” less_text=”Hide physiology (%s More Words)”]

Der Sprint bildet eine asymmetrische Bewegung, bei der relativ große Kräfte in Rumpf- und Hüftbereich auftreten. Beim Bodenkontakt wird etwa das 6-Fache des eigenen Körpergewichtes an Bodenreaktionskraft freigesetzt. Diese Kräfte werden von der Muskulatur ausgeglichen. Ist diese zu schwach, leidet die Kraftübertragung und es entstehen unfunktionale Belastungen der Wirbelsäule. Für die Stabilisation im Rumpf- und Beckenbereich sind vor allem die schrägen Bauch- und Rückenmuskeln, sowie die Add- und Abduktoren verantwortlich. Auch beim Bodenkontakt spielt der Rumpf- Beckenbereich eine entscheidende Rolle. Vor dem aufkommen des Fußes weißt das ganze System einen nach unten gerichteten Impuls auf. Dieser wird auf der Stützbeinseite im Bereich des Beckens durch Knochen und Muskeln des Stützbeins abgebremst. Die Schwungbeinseite hingegen neigt dazu der ursprünglichen Bewegungsrichtung nach unten zu folgen. Um negativen Belastungen der Wirbelsäule entgegen zu treten, muss Becken und Brustkorb über muskuläre Verspannungen fixiert werden. Das kippen des Beckens auf der Schwungbeinseite wird durch Muskulatur (Mm. gluteaus medius et minimus) auf der Stützbeinseite verhindert. Die Rumpfmuskulatur (äußere und innere Schräge Bauchmuskeln) der Stützbeinseite verhindern dabei ein seitliches Abkippen des Brustkorbes. Die Haltung des Beckens auf der Schwungbeinseite wird durch die diagonale Rumpfmuskulatur (Rippenbogen Stützbeinseite bis Beckenkamm Schwungbeinseite), sowie die schräge Bauchmuskulatur (Schwungbeinseite), unterstützt.

Einige weitere Beispiele für eine Effektivierung des Laufs durch Gelenkpositionen:

Das weite nachhinten führen des Knies am Ende der Stützphase führt zu einer Vorspannung des Oberschenkels (M. rectus femoris), durch Hüftstreckung und Kniebeugung. Dadurch kann das anschließende nach vorne bringen des Knies schneller ausgeführt werden.

Das Anziehen der Fußspitzen vor dem Bodenkontakt führt zur Spannung der Wadenmuskulatur (M. gastrocnemius und M. soleus), die beim Aufsetzen eine effektivere Streckung des Sprunggelenks bewirkt.

Das abkippen der Hüfte nach vorne erzeugt eine leichte Hohlkreuzhaltung, durch die die Ansätze der ischiocruralen Muskulatur von den Ursprüngen am Unterschenkel entfernt werden und die Muskulatur vorspannen. Die Folge ist ein schnelleres Absenken des Beines und eine schnellere Hüftstreckung während der Stützphase.

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Dehnungs – Verkürzungs – Zyklus

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Neben den bisher genannten Faktoren spielt auch die Vordehnung des Muskels eine wichtige Rolle. Ein angespannter Muskel, der entgegen seiner Wirkungsrichtung gedehnt wird exzentrische Kontraktion), kann eine größere Kraft entwickeln, als ein Muskel, der aus dem Ruhezustand zusammenzieht (konzentrische Kontraktion). Der Dehnungs- Verkürzungs- Zyklus lässt sich besonders gut bei Sprüngen, z.B. „Dropjumps“, demonstrieren. Bei dieser Sprungform lässt man sich von einer geringen Höhe, Vertikal fallen, um anschließend mit einer möglich kurzen Bodenkontaktzeit, eine möglichst große Sprunghöhe zu erreichen. Werden die Fußspitzen kurz vor der Landung angezogen und dann aktiv gestreckt, können bessere Ergebnisse bei Bodenkontakt- und Flugzeit erzielt werden, als bei einem passiven Fußeinsatz. Beim Sprintlauf hat eine aktive Streckbewegung (Plantarflexion) der Füße, verbunden mit einer horizontalen Greifbewegung positive Effekte. Der Reflex an der Wadenmuskulatur (M. gastrocnemius), beteiligt an der Streckung des Sprunggelenks und der Beugung des Kniegelenks, wirkt auf die Unterschenkelmuskulatur (M. biceps femoris) und bewirkt eine Verbesserung der Kontraktionsgeschwindigkeit der ebenfalls Kniebeugenden ischiocruralen Muskulatur, die weitere Reflexe hervorruft. Diese führen wiederum zu einer schnelleren Streckung des Hüftgelenks. Beim Zurückführen des Stützbeines, erleben wir einen ähnlichen Mechanismuss, aber ohne Reflexaktivität. Das schnelle nach hinten führen des Beins bewirkt dabei eine hohe Dehnungsgeschwindigkeit des geraden Oberschenkelmuskels (M. rectus femoris), der die Hüftbeugung beeinflusst und ein schnelleres Schwungbein ermöglicht. Am Ende der Schwungphase kann es ebenfalls zu einem solchen Mechanismus kommen. Je schneller Bein – und Unterschenkel vorgebracht werden, desto größer ist die Dehnungsgeschwindigkeit der ischiocruralen und Gesäßmuskulatur, die so ein schnelleres Nachuntenbringen des Beins ermöglichen.

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Das Geheimnis des Sprints – Spannung und Entspannung

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Die völlige Entspannung der entgegenwirkenden Muskulatur (Antagonisten) bildet ein essentielles Element im Sprint. Dabei können wir im Training lernen, gezielt bestimmte Muskeln arbeiten zu lassen, während wir andere Muskelgruppen entspannen.

„Der Sprint stellt somit die Kunst dar, in einem geschlossenen Kreis mit wechselseitig bedingenden Prozessen, die Muskulatur zum richtigen Zeitpunkt zu kontrahieren und zu entspannen“ (Schöllhorn 2003, S.36).

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Quellen

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Schöllhorn, W. (2003): Eine Sprint und Laufschule für alle Sportarten. Aachen.

Scholz, K. et al. (2013): Leichtathletik Training- und Bewegungswissenschaft – Theorie und Praxis aller Disziplinen. Köln.

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