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Kinetik und Kinematik der Kniebeuge

Die Kniebeuge ist eine der verbreitetsten Krafttrainingsübungen im Sportart begleitendem Krafttraining. Eine Vielzahl von biomechanisch und neuromuskulär ähnlichen athletischen Bewegungen lassen sich durch sie verbessern. Welche biomechanischen Parameter sind für die Trainingspraxis von Bedeutung? Wir haben es kurz zusammengefasst.

Der Nutzen der Kniebeuge ist aber nicht nur für die Athleten evident. Auch Gesundheits- und Fitness-Sportler profitieren von dieser Übung, da die Bewegungsmuster der Kniebeuge bei einer Vielzahl von alltäglichen Aktivitäten (Paket hochheben, vom Stuhl aufstehen) eindeutig zu identifizieren sind.

In der Rehabilitation findet die Kniebeuge als „Übung der geschlossenen kinetischen Kette“ beispielsweise Anwendung in der Behandlung bei vorderen Kreuzbandverletzungen. Tabelle 1 zeigt kurz und knapp die dynamisch und stabilisierend beanspruchten Hauptmuskelgruppen bei der Kniebeuge.

Welche generellen Empfehlungen lassen sich nun für die „perfekte“ Kniebeuge geben? In einem aktuellen Übersichtsartikel nimmt sich Brad J. Schoenfeld von Global Fitness Services aus New York die biomechanischen Kernpunkte der Kniebeuge vor und leitet praktische Empfehlungen ab (Schoenfeld, Brad J. (2010). Squatting Kinematics and Kinetics and Their Application to Exercise Performance. In: The Journal of Strength & Conditioning Research 24 (12), 3497–3506.)

 

Tabelle 1: Beanspruchte Hauptmuskelgruppen bei der Kniebeuge.

Dynamische Beanspruchung Stabilisierende Beanspruchung
Vordere Oberschenkelmuskulatur Bauchmuskulatur
Hüftstreckergruppe Autochtone Rückenmuskulatur
Hüftadduktoren Obere Rückenmuskulatur
Hüftabduktoren

 

Tiefe der Kniebeuge

Die Tiefe der Kniebeuge ist in Abhängigkeit zum Ziel und zur Belastungsverträglichkeit zu sehen. Die höchsten Kompressionkräfte im Kniegelenk treten bei nahezu maximaler Flexion in eben diesem auf, d.h. bei der tiefen Kniebeuge. Somit ist klar: bei patellofemoralen Beschwerden sind tiefe Kniebeugen zu vermeiden. Die Beanspruchung der vorderen Oberschenkelmuskulatur ist bei einer bodenparallelen Kniebeuge (Oberschenkel als Referenzpunkt) maximal, tiefere Kniebeugen bringen hier keinen weiteren Benefit. Anders verhält es sich bei den Hüftstreckern; hier sind tiefe Kniebeugen für eine maximale Beanspruchung notwendig.

Wiederholungsausführung

Die Wiederholungsausführung, auch als Bewegungsgeschwindigkeit bezeichnet, hat direkten Einfluss auf die Scherkräfte und Kompression im Kniegelenk. Es gilt die Faustregel: je schneller ich mich bewege, desto höher sind die Kräfte am Umkehrpunkt der Bewegung. Hier gilt es, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen möglicher Geschwindigkeitsspezifität im Sport und Verletzungsgefahr zu finden. Als generelle Leitlinie sollte die exzentrische Phase der Kniebeuge 2 bis 3 Sekunden dauern. 

Standbreite

Grundsätzlich sind zwei Standbreiten zu unterscheiden: ein enger, hüftbreiter Stand und ein weiter, ca. 1,5-fache Hüftbreite, Stand. Ein weiter Stand belastet verstärkt die Hüftstrecker und die Adduktoren im Hüftgelenk und reduziert Scherkräfte im Kniegelenk, ein enger Stand beansprucht verstärkt die Wadenmuskulatur und minimiert die patellofemorale und tibiofemorale Kompression.

6363364061 8f15d66008 nHantelposition

Es können drei Hantelpositionen unterschieden werden:

1. Kniebeugen mit der Langhantel im Nacken, hohe Position, d.h. Hantelauflage leicht oberhalb

des Acromions
2. Kniebeugen mit der Langhantel im Nacken, niedrige Position, d.h. Hantelauflage leicht
unterhalb des Acromions
3. Frontkniebeugen mit der Langhantel vor der Brust auf Schlüsselbeinhöhe

Bei den Kniebeugen mit der Langhantel im Nacken führt die niedrigere Position im Vergleich zur hohen Position zu größerer Beanspruchung der Hüftstreckmuskulatur und zur Verringerung der Beanspruchung der Kniestrecker. Frontkniebeugen produzieren deutlich geringere Scherkräfte im Kniegelenk sowie der Lendenwirbelsäule und sind somit besonders für Kunden mit Knie- und Rückenproblemen geeignet.

Ermüdung

Eine zu starke muskuläre Ermüdung im Verlauf eines Trainingssatzes hat Auswirkungen auf die Kniebeugentechnik und kann zu Verletzungen führen. Es kommt häufig zu Ausweichbewegungen mit instabilen Kniepositionen und erhöhten lumbalen Scherkräften. Ein Training bis zur muskulären Erschöpfung sollte daher vermieden werden. Über die Empfehlungen hinaus können weitere gelenkspezifische Empfehlungen gegeben werden:

Fußgelenk

Die Füße weisen eine leichte Außenrotation von ca. 7° auf. bei der Bewegungsausführung ist darauf zu achten, dass die Knie in einer gedachten Linie mit den Zehen geführt werden. Hierdurch wird eine gute Führung der Kniescheibe gewährleistet. Hebt der Kunde beim Beugen die Fersen vom Boden ab, so kann dies unter anderem auf Mobilitätseinschränkungen im Fußgelenk hinweisen. Um die Stabilität zu gewährleisten, kann mit einer minimalen Fersenerhöhung gearbeitet werden, die aber wiederum die Scherkräfte im Kniegelenk erhöhen wird. Alternativ können Gewichtheberschuhe verwendet werden, die eine optimale Fersenerhöhung bieten.

Kniegelenk

Generell ist ein zu starkes nach vorne schieben der Kniegelenke über die Fußspitze hinaus zu vermeiden. Dies sollte aber nur soweit unterbunden werden, wie es nicht zu Veränderungen der Hüftmechanik kommt. Aus einer veränderten Hüftmechanik resultiert letztendlich ein stärkeres Vorneigen des Oberkörpers und somit eine Erhöhung der Scherkräfte in der Lendenwirbelsäule.

Hüftgelenk

Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen Hüfte, Becken und Wirbelsäule. Eine exzellente Hüftmobilität ist das A und O der Kniebeuge, besonders bei der tiefen Ausführung. Eine eingeschränkte Hüftbeweglichkeit kann zu einem verstärkten Vorneigen des Oberkörpers
führen und die Scherkräfte in der Lendenwirbelsäule erhöhen. Ein häufig anzutreffender Kompensationsmechanismus von zu geringer Hüftmobilität ist die posteriore (nach hinten) Kippung des Beckens, wodurch natürlich der lumbale Stress ansteigt.

Wirbelsäule

Die Wirbelsäule ist bei einer Kniebeuge der größten Gefahr ausgesetzt. Durch ihren Aufbau kann die Wirbelsäule Kompressionskräfte deutlich besser tolerieren als Scherkräfte. Somit ist auf eine physiologische Position der Wirbelsäule bei Kniebeugen zu achten. Dies kann durch eine adäquate
Kopfsteuerung (Kopf in Verlängerung der Wirbelsäule, Blick geradeaus) unterstützt werden. Gerade bei tiefen Kniebeugen wird eine verstärkte Oberkörpervorlage eingenommen. Hier ist auf darauf zu achten, den Oberkörper möglichst aufrecht zu halten, um Scherkräfte zu vermeiden. Gänzlich tabu sind bei der Kniebeuge seitliche Bewegungen der Wirbelsäule.

Häufig wird in der Trainingspraxis eine von außen deutlich sichtbare Flexion der Lendenwirbelsäule (die Lendenwirbelsäule rundet sich) als Endposition hinsichtlich der Tiefe einer Kniebeuge herangezogen. Der Frage, welches Ausmaß der LWS-Flexion bei Kniebeugen auftritt, gingen McKean und Kollegen nach (McKean, M. R.; Dunn, P. K.; J. Burkett, B. (2010). The Lumbar and Sacrum Movement Pattern During the Back Squat Exercise. In: The Journal of Strength & Conditioning Research 24 (10), S. 2731–2741). Wir werden uns im Folgenden auf die Flexion der Lendenwirbelsäule konzentrieren.

7152859287 fbb6c480d2 nAn der Studie nahmen 12 Frauen und 18 Männer im Alter von 24 Jahren teil. Alle Probanden arbeiteten als ausgebildete Personal Trainer und konnten 93% (Frauen) und 123% (Männer) ihres Körpergewichts beugen. Erfasst wurde unter unbelasteten Bedingungen und mit einer Zusatzlast von 50% des Körpergewichts die Flexion der Lendenwirbelsäule bei einem engen Stand (hüftbreit) und weiten Stand (doppelte Hüftbreite). Als Hauptergebnis kann festgehalten werden, dass sowohl bei Männern als auch bei Frauen ein weiter Stand in der Kniebeuge zu einer geringeren Flexion der Lendenwirbelsäule führt als ein enger Stand. Somit reduzieren sich die Scherkräfte auf die Wirbelsäule, da der Oberkörper aufrechter gehalten werden kann.

Ein weiteres interessantes Ergebnis ist im Vergleich der Bewegungsausführung von Männern und Frauen zu sehen. Betrachtet man die Winkelveränderungen in der Kreuzbein- und Lendenregion, so scheinen Männer im Vergleich zu Frauen eine eingeschränkte Mobilität des Kreuzbeins zu besitzen. Diese wird durch eine stärkere Flexion im Lendenwirbelsäulenbereich kompensiert. Interessant ist hierbei, dass die Lendenwirbelsäule des Mannes eine signifikant höhere Stabilität durch Weichteilgewebe aufweist als die der Frau – hier scheint die Natur schon Maßnahmen im Hinblick auf die eingeschränkte Kreuzbeinmobilität zum Schutz der Lendenwirbelsäule getroffen zu haben. Frauen hingegen besitzen ein beweglicheres Kreuzbein und können somit eine die physiologische Lendenlordose besser aufrechterhalten. Diese Lendenlordose muss allerdings aufgrund der geringeren Eigenstabilität stärker muskulär als bei den Männern stabilisiert werden.

Unter Berücksichtigung weiterer biomechanischer Daten kommen die Autoren zu dem Schluss, dass die optimale Kniebeugentechnik von Männern und Frauen unterschiedlich ist.

Beide Geschlechter sind nicht über einen Kamm zu scheren. Frauen benötigen im Vergleich zu Männern einen größeren Fokus auf flankierendes rumpfstabilisierendes Training, um die erhöhten Anforderungen an die Wirbelsäulenstabilität bei Kniebeugen zu kompensieren. Die Frage, ob nun eine Entlordosierungstendenz bei einer Kniebeuge den vorzeitigen Endpunkt einer tiefen Kniebeuge definieren sollte, verneinen die Autoren zunächst. Sie sind der Ansicht, dass eine natürliche tiefe Kniebeugebewegung zu einer minimalen Entlordosierung der Lendenwirbelsäule in der tiefsten Position führt. Wohlgemerkt: eine minimale Entlordosierung und nicht eine deutlich sichtbare Flexion der LWS!

Für eine genaue Quantifizierung liegen aber bis dato noch nicht genügend Daten vor, so dass es sich in der Trainingspraxis empfiehlt, die Abwärtsbewegung an eben diesem Punkt zu beenden. Denn die Erfahrung zeigt, dass wir im Studio nicht die natürliche Entlordosierungstendenz in der vollen tiefen Kniebeuge zu sehen bekommen, sondern die von außen sichtbare Rückmeldung über fehlende Mobilität in der Hüfte oder Stabilität im Rumpf. Und diese beginnt bei vielen Kunden bereits bei einer Kniebeugung von 90° bzw. deutlich vor der bodenparallelen Oberschenkelstellung.

Konsequenzen

Die Ursachen für eine starke Entlordosierung und der damit verbundenen Verminderung der Kniebeugentiefe können sehr vielfältig sein und müssen individuell evaluiert werden. Hierzu müssen die  Ursachen von funktionellen Einschränkungen ausfindig genacht werden. Darauf basierend können zielgerichtete Maßnahmen ergriffen werden, um die Kniebeuge in vollem Umfang sicher meistern zu können.

Mehr Studien…

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