Wie sollten wir unseren Quadrizeps trainieren? - Gannikus.de

Vierköpfiger Kniestrecker: Wie sollten wir unseren Quadrizeps trainieren?

Im Vergleich zu anderen Muskelgruppen wird das Beintraining von vielen Hobbyathleten besonders zu Beginn ihrer Trainingskarriere tendenziell vernachlässigt. Wer es allerdings ernst meint mit dem Bodybuilding oder sogar auf die Bühne möchte, der wird nicht drumherum kommen, ausgiebig seinen Quadrizeps zu trainieren. Ein Sprichwort besagt sogar, dass die Beine neben dem Rücken einen Wettkampf gewinnen und tatsächlich scheint sich in Form und Umfang der Oberschenkel oft die Spreu vom Weizen zu trennen. Den zweiten Teil unserer Artikelreihe, wie wir unser Trainingsprogramm am besten gestalten, um das maximale Wachstum aus den einzelnen Muskelpartien herauszuholen, möchten wir daher dem Quadrizeps widmen. 

Im ersten Teil dieser Serie ging es darum, wie wir unsere Brust trainieren sollten. Im heutigen Artikel über den Quadrizeps werden wir die gleichen Punkte Stück für Stück durchgehen, um am Ende festzustellen, wie wir die den vierköpfigen Beinstrecker am besten zum Wachsen bringen. Um zu verstehen, wie wir einen Muskel am besten trainieren, müssen wir einige spezifische Aspekte berücksichtigen. Dazu zählen die grundlegende Anatomie des Muskels, seine regionale Anatomie, seine interne Hebelarmlänge, die Sarkomerlänge, in welcher der Muskel arbeitet, sowie seine Anfälligkeit gegenüber Muskelschäden. Wir gehen diese Punkte einzeln für den Quadrizeps durch und dabei bestmöglich versuchen, die geschriebenen Worte auch grafisch darzustellen, damit der Leser den Inhalt vollumfänglich nachvollziehen kann.

Die Anatomie des Quadrizeps

Die Muskelgruppe auf der Vorderseite der Oberschenkel besteht wie der Name schon andeutet aus vier einzelnen Muskeln:

  • vastus lateralis
  • vastus medialis
  • vastus intermedius
  • rectus femoris

Jeder dieser vier Muskeln wird vom Femoralnerv angesteuert, wenn wir den Quadrizeps trainieren, wobei der rectus femoris der einzige von ihnen ist, der sowohl die Hüfte beugen als auch das Knie strecken kann. Die restlichen drei, deren Name mit "vastus" beginnt, sind nur bei der Streckung des Kniegelenkes beteiligt. Anatomisch gesehen befindet sich der vastus lateralis an der Außenseite, der vastus intermedius in der Mitte und der vastus medialis an der Innenseite des vorderen Oberschenkels. Der vastus intermedius verläuft unterhalb des rectus femoris, von dem er verdeckt wird.

Quadrizeps Anatomie
Während alle vier Köpfe des Quadrizeps bei der Kniestreckung beteiligt sind, führt der rectus femoris zusätzlich die Beugung der Hüfte beziehungsweise das Anheben des gestreckten Beines aus.

Da der rectus femoris bei der Beugung der Hüfte beteiligt ist, entspringt er vom vorderen unteren Darmbeinstachel, einem Teil des Beckens. Alle anderen drei Muskeln entspringen an verschiedenen Punkten des Oberschenkelknochens, wobei alle vier Muskelanteile am oberen Pol der Kniescheibe ansetzen. Der rectus femoris besitzt eine intramuskuläre Sehne, die auf seiner Vorderseite verläuft [1]. Einige Forscher gehen davon aus, dass diese Sehne für die Art der Zerrungen verantwortlich ist, die in diesem Muskel beim Sport auftreten. Ob dies wirklich eine klinische Bedeutung in der Praxis besitzt, ist bisher nicht klar [2, 3]

Auch wenn der Quadrizeps als vierköpfiger Kniestrecker bezeichnet wird, legen manche neueren Forschungsergebnisse nahe, dass es sogar fünf Muskeln sein könnten [4, 5]. Wenngleich die Debatte bisher weiter anhält und andere Autoren daran festhalten, dass der fünfte Muskel lediglich eine anatomische Variation sei, die nur bei manchen Menschen auftritt, scheinen weitere Studien nötig zu sein, um diesen Sachverhalt zu klären [6].

In der Praxis bedeutet das, dass alle vier (oder fünf) Muskeln des Quadrizeps an der Streckung des Kniegelenks beteiligt sind. Während sie unterschiedliche Ursprünge besitzen, enden sie an einen ähnlichen Ansatzpunkt, weshalb sie, wenn wir den Quadrizeps trainieren möchten, alle mit Übungen bearbeitet werden können, bei der das Knie gestreckt wird. Zusätzlich ist der rectus femoris an der Beugung der Hüfte beteiligt und kann daher mit Übungen trainiert werden, bei denen die Hüfte gebeugt werden. Da er ein Gegenspieler bei der Hüftstreckung darstellt, kann vermutet werden, dass er eine geringere Rolle in Übungen einnimmt, bei der gleichzeitig die Knie und die Hüfte gestreckt werden. Beispiele dafür sind Kniebeugen oder die Beinpresse.

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Die regionale Anatomie des Quadrizeps

Ansteuerung durch Nerven

Jeder Muskel des Quadrizeps wird durch den Femoralnerv angesteuert. Dennoch kann jeder Muskel durch Unterschiede in der Ansteuerung bevorzugt aktiviert werden, wenn wir den Quadrizeps trainieren. Weiterhin gibt es Belege dafür, dass es separat angesteuerte Regionen innerhalb jedes einzelnen Muskels gibt. Wir können auf Grundlage ihrer Ansteuerung jeden Muskel im Quadrizeps noch einmal in proximale (körpernahe) und distale (körperferne) Regionen (vastus lateralis und rectus femoris) oder in proximale, mittlere und distale Regionen (vastus medialis) unterteilen.

Proximal distal
"Proximal" bedeutet, nah zur Körpermitte, "distal" bedeutet entfernt von der Körpermitte.

Auch wenn einer der Hauptzweige des Femoralnerv den vastus lateralis innerviert, teilt er sich dann in zwei kleinere Zweige. Einer davon steuert die proximale Region an, während der andere die distale Region innerviert. Diese Regionen erhalten weitere Zweige in ihre proximalen und distalen Subregionen [7]. Ähnliches gilt für die anderen Köpfe des Quadrizeps, wobei eine genaue Erklärung an dieser Stelle den Rahmen des Artikels sprengen würde.

Da der Quadrizeps aber Regionen zu haben scheint, die unabhängig voneinander angesteuert werden, haben Forscher untersucht, ob dies auch seine Funktion beeinflusst. Am Beispiel des rectus femoris konnte festgestellt werden, dass die Beugung der Hüfte zu einer stärkeren Aktivierung seiner proximalen Region führt, wohingegen die distale Region stärker bei einer Kniestreckung aktiviert wird [8, 9, 10]. Eine solche regionale Aktivierung konnte auch beim Gehen und Fahrradfahren beobachtet werden und scheint sich je nach Bewegung zu unterscheiden [11, 12, 13, 14]. Es erweckt also de Eindruck, dass es einen funktionalen Effekt der unabhängigen Ansteuerung gibt, der besonders beim rectus femoris zum Tragen kommt. Vor allem bei der Entwicklung dieses Muskels für Sportarten wie den Sprint, in der die Hüfte kraftvoll gebeugt werden muss, kann es eine Rolle dabei spielen, wie man Quadrizeps trainieren sollte.

Anatomie

Wie man sich jetzt vielleicht denken kann, können wir jeden Kopf des Quadrizeps nicht nur nach seiner Innervation weiter unterteilen, sondern auch auf Grundlage seiner Anatomie. Schon früh unterteilte man den vastus medialis in seinen proximalen Anteil, den vastus medialis longus und seinen distalen Anteil, den vastus medialis obliquus [15]. Einige Quellen gehen davon aus, dass der vastus medialis longus als Kniestrecker agiert und der vastus medialis obliquus hauptsächlich der Stabilisierung der Kniescheibe bei der Kniestreckung dient [16]. Auch der vastus lateralis wurde in zwei Subregionen eingeteilt, in den langen Anteil namens vastus lateralis longus und den kürzeren vastus lateralis obliquus [17, 18]. Auch hier gehen manche Quellen davon aus, dass der kürzere Teil des Muskels der Stabilisierung der Kniescheibe dient [19]

Interne Hebelarmlänge

Der interne Hebelarm beschreibt den Abstand zwischen einer Gelenkachse und der bewegten Last. Im Fall des Quadrizeps stellen Hüfte und Knie die Gelenke dar und das Gewicht die Last. Je länger der Hebelarm zwischen den beiden ist, desto mehr Gewicht wirkt aufgrund des Drehmomentes auf die Gelenkachse. Durch die interne Hebelarmlänge wird der Beitrag eines Muskels auf die Kraftwirkung am Gelenk in Relation zu anderen Muskeln bestimmt. Abhängig von den Veränderungen über den Verlauf der Bewegung (Kraftkurve) wird so festgelegt, welcher Muskel beziehungsweise welche Region des Muskels dadurch am besten trainiert wird.

Kniebeuge Hebelarme
Die interne Länge des Hebelarms beschreibt den Abstand zwischen dem Gelenk und der Last.

Hebellänge bei der Kniestreckung

Wenn wir den rectus femoris, der durch seine zwei Funktionen bekanntlich eine Sonderrolle innerhalb der vier Muskelköpfe einnimmt, einzeln betrachten, haben Untersuchungen herausgefunden, dass dieser Muskel mit steigendem Winkel der Kniestreckung eine abnehmende Länge des internen Hebelarms aufweist, wobei es hier eine leichte Kurve zu geben scheint, die bei 45 Grad ihren Höhepunkt erreicht [20, 21]. Das Ausmaß dieser Reduktion ist recht hoch, sodass der Hebelarm in der gestreckten Position doppelt so lang ist wie in der maximal gebeugten Position. Dennoch reicht dies aus, damit der rectus femoris einen gewissen Beitrag bei der Kraftentwicklung in der vollen Beugung der Knie leisten kann, wenn wir den Quadrizeps trainieren, wie es bei einer tiefen Kniebeuge der Fall ist.

Wenn wir die anderen drei Muskeln des Quadrizeps einzeln betrachten, zeigen sie, dass die Hebelarmlängen im Grunde einen identischen Verlauf nehmen, zwischen null und 45 Grad Kniestreckung ihren Peak erreichen und mit zunehmendem Winkel abnehmen [22]. Im Gegensatz zur Brust macht es uns dieser Umstand daher schwierig, die verschiedenen Anteile durch eine gezielte Belastung innerhalb des Bewegungsradius isoliert zu trainieren.

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Übertragen wir die internen Hebelarmlängen aller Muskeln dagegen auf eine Kniebeuge, zeigt der rectus femoris nur eine vergleichsweise geringe Beteiligung bei der gesamten Bewegung, wohingegen die anderen drei Köpfe einen hohen Beitrag leisten [23]. Somit erklärt sich, weshalb der rectus femoris bei einer Kniebeuge oder jeder anderen Übung, bei der gleichzeitig die Knie und die Hüfte gebeugt werden, weniger aktiviert wird [24, 25]. Untersuchungen zeigen daher, dass wenn wir unseren Quadrizeps trainieren, der rectus femoris allein durch Kniebeugen kein Muskelwachstum erfährt [26]. Für eine ganzheitliche Entwicklung des Quadrizeps ist eine Übung, in der das Knie allein gestreckt wird, daher wahrscheinlich unerlässlich. Ein Beispiel dafür ist das Beinstrecken.

Arbeitende Sarkomerlänge

Der Muskel besteht in seiner kleinsten Anatomie aus unzähligen Aktin- und Myosinfilamenten, die sich während einer Kontraktion ineinander verschieben und den Muskel so verkürzen. Diese Filamente verlaufen innerhalb der Myofibrillen parallel zueinander und bilden ein Sarkomer. Die Sarkomerlängen, in denen ein Muskel während einer Bewegung arbeitet, bestimmt, ob er eine Hypertrophie durch einen Dehnungsreiz von der Übung erfahren kann [27]. Nur wenn die Sarkomere eines Muskels auf den absteigenden Ast der Längen-Spannungs-Beziehung gedehnt werden, kann die mechanische Spannung während der gesamten Range of Motion gesteigert werden [28]. Anders ausgedrückt, gibt die Längen-Spannungs-Beziehung vor, wie weit sich Aktin- und Myosinfilamente überlappen oder nicht überlappen und dennoch die maximale Kraft aufbringen. Je weiter die Sarkomere gedehnt werden können und dennoch Kraft aufbringen, desto größer ist der Arbeitsbereich der Sarkomerlänge.

Längen-Spannungs-Beziehung
Der aktive Teil der Längen-Spannungs-Beziehung wird durch den Grad der Überlappung von Aktin und Myosin bestimmt. Dieser wiederum bestimmt, wie viele Querbrücken sich ausbilden können und damit, wie viel Kraft aufgebracht werden kann. Diese Überlappung besitzt ein Maximum (Plateau), wenn die Faser weder zu lang noch zu kurz ist. Der passive Teil der Längen-Spannungs-Beziehung wird durch die Dehnung der elastischen strukturellen Elemente bestimmt. Die dadurch aufgebrachte Kraft erhöht sich mit zunehmender Dehnung bei sehr langer Ausdehnung.

Die arbeitenden Sarkomerlängen des Quadrizeps femoris wurden in wenigen Studien untersucht [28, 29]. Insgesamt ist es wahrscheinlich, dass die drei Teile, die nur an der Kniestreckung beteiligt sind, wenn wir unseren Quadrizeps trainieren, nur am Plateau und dem absteigenden Ast der Längen-Spannungs-Beziehung arbeiten, nicht aber am aufsteigenden Ast. Das bedeutet, dass sie wahrscheinlich weniger eine aktive Insuffizienz erfahren und dafür stärker von einer dehnungsvermittelten Hypertrophie profitieren. Dies ist wahrscheinlich auch der Grund, weshalb Studien zeigen, dass der Muskelaufbau davon profitiert, wenn wir den Quadrizeps über den vollen Bewegungsradius trainieren, wohingegen das beispielsweise beim Trizeps nicht der Fall ist.

Im Gegensatz dazu arbeitet der rectus femoris zusätzlich auch am absteigenden Ast der Längen-Spannungs-Beziehung, auch wenn er am absteigenden Ast nicht ganz so weit absteigt wie beim vastus lateralis und medialis [30]. In der Praxis bedeutet das, dass die drei Köpfe des Quadrizeps, die nur an der Kniestreckung beteiligt sind, einen dehnungsvermittelten Reiz für den Muskelaufbau erfahren. Eine größere Range of Motion bei einer Übung, die gleichzeitig Hüfte und Knie streckt, wird daher wahrscheinlich ihr Wachstum steigern.

Anfälligkeit gegenüber Muskelschäden

Auch wenn viele Athleten berichten, dass sie eine längere Erholungszeit benötigen, wenn sie ihren Quadrizeps trainieren, zeigen Studien, dass dieser Muskel tatsächlich der am schnellsten regenerierende Muskel ist [31, 32, 33, 34]. Trotz der Tatsache, dass es sehr viele eigenartige Erklärungsversuche gibt, weshalb man diesen Effekt in Studien feststellen kann, obwohl es sich anders anfühlt, können wir es sehr leicht sehen, wenn wir einbeziehen, dass die Fähigkeit, Typ II Muskelfasern zu aktivieren, einer der wichtigsten Faktoren für das Auftreten von Muskelschäden nach einem Training ist.

Die Fähigkeit eines beliebigen Muskels, sich von einem Training zu erholen, hängt von drei wesentlichen Faktoren ab:

  1. dem Grad der freiwilligen Aktivierbarkeit
  2. der Art der Muskelfasern
  3. der arbeitenden Sarkomerlänge

Die Kniestrecker sind bekannt dafür, weniger leicht freiwillig aktiviert zu werden als andere Muskeln [36]. Generell werden größere Muskeln weniger leicht aktiviert als kleinere Muskeln. Während die meisten Muskeln ein Defizit von unter fünf Prozent gegenüber der 100 Prozent der Aktivierung aufweisen, liegt dieser Unterschied bei 15 bis 20 Prozent, wenn wir unseren Quadrizeps trainieren. Das deutet darauf hin, dass eine bedeutende Anzahl an motorischen Einheiten mit hoher Reizschwelle nicht rekrutiert wird oder ihre Arbeitsrate sehr gering ist. Daher werden die meisten Typ II Muskelfasern des Quadrizeps kaum aktiviert und erfahren deshalb auch keine Muskelschäden. Dennoch sollte man diese Zahlen nicht pauschalisieren, da die Steigerung der freiwilligen Aktivierbarkeit ein Teil der positiven Anpassungen an das Krafttraining mit der Zeit ist. Je länger wir also unseren Quadrizeps bereits trainieren, desto mehr Muskelfasern können wir rekrutieren.

Untersuchungen berichten oftmals über eine große Bandbreite der Verteilung von Muskelfasern innerhalb eines Muskels. Grund dafür ist wahrscheinlich, dass es hierbei starke Unterschiede von Person zu Person gibt und die Probandenzahlen nicht groß genug sind, um einen echten Durchschnittswert zu bilden. Außerdem wurde der vastus laterlis deutlich häufiger untersucht als jeder andere Muskel, weshalb es für ihn einfacher ist, ein genaues Messergebnis zu erhalten. Fassen wir eine ganze Reihe von Studien zusammen, besteht der vastus lateralis im Durchschnitt aus 50 Prozent Typ I und 50 Prozent Typ II Muskelfasern [37]. Das bedeutet, dass er im Durchschnitt einen höheren Anteil an langsamzuckenden Typ I Muskelfasern besitzt und daher weniger Muskelschäden erfährt als andere Muskeln. Weniger oxidative Typ II Muskelfasern werden allgemein leichter geschädigt als oxidativere Typ I Muskelfasern [35].

Ob es einen bedeutsamen Unterschied in den Fasertypen zwischen den verschiedenen Quadrizeps-Köpfen gibt, ist bisher nicht klar [38]. Einige Daten deuten darauf hin, dass der rectus femoris etwas mehr schnellzuckende Muskelfasern besitzt als die drei Kniestrecker, wodurch er anfälliger für Muskelschäden wäre. In der Praxis bedeutet das, dass der sehr geringe Grad der freiwilligen Ansteuerung, wenn wir den Quadrizeps trainieren, es schwer macht, ihn zu schädigen. Daher regeneriert er schneller als die meisten anderen Muskeln, auch wenn er im vergleich eine moderate Verteilung der Muskelfasertyen besitzt. Deshalb kann er unter der Berücksichtigung des Trainingsvolumens vergleichsweise hochfrequent trainiert werden.

Fazit und Zusammenfassung

Der Quadrizeps besteht nach der allgemeinen Auffassung aus vier einzelnen Muskeln, die durch den Femoralnerv angesteuert werden. Von diesen vier ist der rectus femoris sowohl bei der Beugung der Hüfte als auch bei der Streckung des Kniegelenks beteiligt. Die anderen drei Köpfe haben lediglich die Aufgabe, das Knie zu strecken. Einige der Quadrizeps-Köpfe können weiter in verschiedene Regionen eingeteilt werden, die unabhängig voneinander während unterschiedlicher Bewegungen aktiviert werden. Das legt nahe, dass der Quadrizeps durch eine Reihe von Übungen trainiert werden sollte, um alle Köpfe und Regionen gleichmäßig zu belasten. Besonders separate Übungen, die eine Hüftbeugung oder eine Streckung des Knies ohne Hüftstreckung umfassen, wie beispielsweise der sitzende Beinstrecker, scheinen hilfreich für die Entwicklung des rectus femoris zu sein.

Wenn wir den Quadrizeps trainieren, können die drei Köpfe, die nur das Knie strecken, einen dehnungsvermittelten Reiz für die Hypertrophie erfahren, weshalb eine größere Range of Motion hier positiv für den Muskelaufbau ist. Der sehr geringe Grad der freiwilligen Aktivierbarkeit des Quadrizeps' macht es schwer, ihn zu schädigen. Daher regeneriert er schneller als andere Muskeln und kann theoretisch in einer höheren Frequenz trainiert werden. Allerdings spielt hierbei auch die Verteilung der Muskelfasertypen eine Rolle und diese ist im Wesentlichen genetisch determiniert.


Primärquelle: Chris Beardsley: "How should we train the quadriceps?", medium.com/@SandCResearch

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