DD295997A5 - Verfahren und einrichtung zum gelenkgesteuerten training verschiedener motorischer gruppen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode und ein Geraet zum gelenkgesteuerten Training verschiedener motorischer Gruppen fuer die Entwicklung funktioneller Muskelkraft und Propriozeptivitaet, wodurch die Wirkungsrichtung des Widerstandes den zu trainierenden Muskelgruppen oder motorischen Gruppen angepaszt werden kann und alle Gelenkstellungen fuer die mit den zu trainierenden Muskelgruppen bzw. motorischen Gruppen in Verbindung stehenden Gelenke arretiert werden, wobei das Geraet Hilfsmittel 1, 4, 5 zur Arretierung der Stellungen aller von den zu trainierenden Muskelgruppen bzw. motorischen Gruppen betroffenen Gelenke sowie Hilfsmittel 8, 10 zur willkuerlichen Einstellung des Winkels, unter dem eine Belastung angelegt wird, umfaszt. Fig. 1{gelenkgesteuertes Training; Verfahren; Vorrichtung; motorische Gruppen; funktionelle Muskelkraft; Propriozeptivitaet; Muskelgruppenwiderstand; Gelenkstellung; Arretierungs-Hilfsmittel; Gelenkearretierung; Belastungswinkel}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum gelenkgesteuerten Training verschiedener motorischer Gruppen für die Entwicklung der funktionellen Muskelkraft und der Propriozeptivität.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Muskelkraft wird dadurch entwickelt, daß der betreffende Muskel durch verschiedene Widerstandsformen physisch belastet wird, die gegebenenfalls lediglich in der Schwerkraft des betreffenden Körperteils oder externem Widerstand, verursacht z. B. durch Hanteln, Expander, hydraulische oder pneumatische Geräte, bestehen. Da eine kontinuierliche Entwicklung der Muskelkraft von einem progressiven Anwachsen der vom Muskel geleisteten Arbeit abhängig ist, muß der Widerstand von Zeit zu Zeit erhöht werden. Deshalbl werden verstellbare Einrichtungen gegenüber solchen bevorzugt, die vergrößertem Widerstand nicht angepaßt werden können, z. B. der Körper selbst.

Verstellbare Trainingsgeräte für die Entwicklung maximaler Muskelkraft sind in den vergangenen 100 Jahren vor allem Hanteln gewesen; sie wurden jedoch in den letzten 20 Jahren durch Muskeltrainingsgeräte ergänzt, die ein sicheres und spezialisierteres Muskeltraining ermöglichen.

Die Entwicklung maximaler Muskelkraft und maximalen Muskelvolumens wird durch kurze Übungen, bei denen wenige, individuell trainierte Muskelgruppen einem starken Widerstand ausgesetzt werden, erreicht. Der Trainingseffekt ist am deutlichsten, wenn alle entsprechenden Muskelzellen oder motorischen Gruppen stimuliert werden, d. h. mittels Training bei Isolierung des betreffenden Muskels oder der Muskelgruppe. Ein solches Training kann statisch (ohne Bewegung) oder dynamisch (mit Bewegung) und isometrisch (der Muskel hat während der Belastung dieselbe Länge) oder konzentrisch/ exzentrisch (der Muskel verkürzt oder verlängert sich während der Belastung) erfolgen.

Die Art der Belastung führt zur Entwicklung verschiedener Typen von Muskelkraft, wobei die Größe des Arbeitswiderstandes entscheidet, welche Eigenschaften der Kraft zu entwickeln ist: hohe Belastung bedeutet vergrößerte Maximalkraft, niedrige Belastung bedeutet Ausdauer.

Die mit Arm oder Bein zu entwickelnde Kraft hängt von ihrer Lage zur Winkelorientierung des Gelenks ab. Das Training für einzelne Muskelgruppen muß deren besondere biomechanische Arbeitsbedingungen berücksichtigen. Zum Trainieren der gewünschten Qualität der Muskelkraft im gesamten Bewegungsspektrum des Muskels muß der Arbeitswiderstand in jeder Position bei der Bewegung an sein Kraftpotential angepaßt werden.

Es gibt nur wenige Trainingsgeräte, die diese Voraussetzungen für das Training erfüllen. Die Widerstandseinheit ist oft eine pneumatische oder hydraulische Einrichtung, die eine isokinetische Arbeitsweise (ähnliche Geschwindigkeit während der Bewegung) aufweist, was mitunter angestrebt wird. Der große Nachteil pneumatischer und hydraulischer Trainingsgeräte besteht jedoch darin, daß die deutlich das Muskelvolumen stimulierende, energiegünstige exzentrische Bewegung nicht verwendet wird und daß die Geschwindigkeit der Bewegung nicht in bezug auf einen gegebenen Widerstand verändert werden kann. Die Geschwindigkeit der Bewegung ist bezüglich dessen, welche Muskelfasern aktiviert werden, von großer Bedeutung, da bei allen Skelettmuskeln zwei Typen von Muskelfasern vorliegen: schnell kontrahierende und langsam kontrahierende. Erstere sind für die Krafterzeugung bei schnellen und schweren Arbeiten, letztere hingegen für langsame und Ausdauer erfordernde Arbeiten bedeutsam.

Im Gegensatz zu pneumatischen oder hydraulischen Trainingsgeräten bieten die mit Gewichten versehenen Geräte den Vorteil, daß man sowohl exzentrisches Training exzentrisch durchführen als auch bei einem bestimmten Widerstand mit unterschiedlicher Geschwindigkeit trainieren kann. Diese Entwicklung hat zu einem stärker veränderbaren Widerstand in der gesamten Breite der Muskelbewegung geführt, da bestimmte Trainingsgeräte eine sogenannte Nockenscheibe (cam disk, CAM) zur Übertragung verwenden. Der Widerstand bei einer bestimmten Massebelastung wird dann mit der Übertragung so modifiziert, daß er besser an die Erzeugung von Muskelkraft angepaßt ist, aber diese Übertragung selbst ist nicht veränderbar. Der Nachteil der mit Gewichten versehenen Muskeltrainingsgeräte bzw. des Trainings mit Gewichten besteht darin, daß die Gewichte träge sind, was zu unterschiedlicher Bewegungsgeschwindigkeit in verschiedenen Abschnitten des Bewegungsspektrums führt. In einem solchen Fall wird ein Optimum an Geschwindigkeit und Widerstand nur in einem kleinen Bereich der Bewegungsbahn erreicht, und zwar besonders bei höherer Geschwindigkeit.

Das Training mit Gewichten wird heute in wachsendem Maße mit Trainingsgeräten verbunden, die auf pneumatisch oder hydraulischen Vorrichtungen basieren. Es läßt sich mit freien Gewichten (z. B. Hanteln) durchführen, um in Verbindung stehende Muskelgruppen zu trainieren, oder durch muskelisolierende Formen, wie bei der Verwendung von Trainingsbänken oder -apparaten, d. h. Kraftsportgeräten. Das Training mit Gewichten bietet also den Vorteil, Veränderungen der Bewegungsgeschwindigkeit im Verhältnis zu einem bestimmten Widerstand zu ermöglichen, selbst wenn bei höheren Geschwindigkeiten dieses weniger kontrollierbar wird und unter dem Optimum liegt, wohingegen es bei pneumatischen, hydraulischen oder auf Expanderprinzip beruhenden Trainingseinrichtungen eine Parallelität zwischen Geschwindigkeit und Widerstand gibt. Das auf Expanderprinzip beruhende Trainingsgerät hat im Vergleich zum pneumatischen und hydraulischen Apparat den Vorteil der Veränderung der Geschwindigkeit bei einem bestimmten Widerstand, der jedoch nur durch Verkürzung des Muskels vergrößert werden kann. Der Expanderwiderstand wirkt zudem im exzentrischen Stadium der Bewegung, wo der Widerstand bei Ausdehnung des Muskels abnimmt.

Die Expandereinheit bietet somit den Vorteil variabler Geschwindigkeit im Verhältnis zum Widerstand, der mittels einer verstellbaren Übertragung (eventuell mittels CAM) individuell auf die Krafterzeugung des Muskels in verschiedenen Abschnitten der Bewegungsbahn eingestellt werden kann.

Die Krafterzeugung in einem bestimmten Abschnitt der Bewegungsbahn ist nicht nur von einem bestimmten Widerstand abhängig, vielmehr schafft das biomechanische Arbeitsmoment bei einem bestimmten Gelenkwinkel die Voraussetzungen für seine Wirksamkeit und entscheidet zusammen mit der Bewegungsgeschwindigkeit, der Größe und Richtung des Widerstandes darüber, welche der verschiedenen Muskelfasern oder motorischen Muskeleinheiten eingesetzt werden. Diese Faktoren entscheiden nicht nur über die Auswahl der eingesetzten motorischen Gruppen, sondern sie beeinflussen auch die propriozeptiven Nervenfunktionen, Bänder, Knorpel und die Skelettstruktur auf unterschiedliche Art und Weise. Obwohl diese Bedingungen bekannt sind, wurde die Bedeutung der Richtung des Widerstandes bisher bei der Entwicklung von Trainingsgeräten nicht berücksichtigt. Es liegt jedoch ein Patent für ein Gerät zum Muskeltraining vor, das allen denkbaren Übungen für die meisten Skelettmuskeln angepaßt werden kann.

Dieses Trainingsgerät, das gleichzeitig ein rechnergestütztes Meßgerät für Belastungsparameter (Bewegungsgeschwindigkeit, Widerstand und Richtung des Widerstands in allen Abschnitten der Bewegungsbahn usw.) darstellt, verfügt über eine modifizierbare Widerstandsebene und -richtung sowie eine modifizierbare Widerstandseinheit (die die Vorteile der Lasteinheit mit ihrer Trägheit und variierbarer Geschwindigkeit auf Widerstandsgröße und exzentrische Trainingsfunktion überträgt). Das Trainingsgerät hat somit die Eigenschaft, spezifische motorische Gruppen zu stimulieren und ist deshalb zum Trainieren der funktionalen Muskelkraft und der Nervenfunktion nützlich.

Abgesehen davon, daß das Gerät groß, komplex und teuer ist, wirkt es andererseits beim Trainieren der Muskelkraft, der propriozeptiven Nervenfunktion, der Funktionen der Bänder, Knorpel und des Skeletts nicht selektiv, da es nicht den/die Gelenkwinkel des Trainierenden steuert, die in verschiedenen Abschnitten der Bewegungsbahn eingesetzt werden; daher schwankt die Auswahl u.a. der motorischen Gruppen zwischen den Bewegungswiederholungen stärker als beim Trainingsgerät mit Gelenksteuerung, das in nachstehender Erfindung beschrieben wird.

Die Bedeutung der Möglichkeit, jeden Faktor in der Trainingsbewegung zu steuern, ist entscheidend für die schnellstmögliche und effektivste Entwicklung der angestrebten Qualität (Muskelkraft, Koordinierung, Geschwindigkeit, Muskeldauer, Nervenfunktion). Dieses ist von größter Bedeutung in der Leichtathletik, aber mindestens ebenso wichtig bei der Rehabilitation von Patienten, wobei die physische Entwicklung heute sowohl durch integrierte als auch durch differenzierte Formen (separates Trainieren jeder Komponente, z. B. Muskelkraft separat, Geschwindigkeit separat usw.) erreicht wird. Jede separate Komponente beim differenzierten Training bedarf eines spezifischen Trainings zur Erzielung der effektivsten Entwicklung. Die erwähnte Entwicklung maximaler Muskelkraft erfordert einen hohen Widerstand bei einigen wenigen Wiederholungen in der gewünschten neuromuskulären Bahn, die bei jeder Gelenkstellung anzustreben ist. Die Stellung des Gelenks muß deshalb für beteiligte Gelenke arretiert werden, um die stimulierten motorischen Gruppen bei ansonsten unveränderten Bedingungen so exakt wie möglich auszuwählen. Jedes differenzierte Muskeltraining muß deshalb mit möglichst genauer Gelenksteuerung

erfolgen. Da Muskeln auf Grund ihrer Funktion sich oft über ein oder mehrere Gelenke hinweg erstrecken, und da die Kraftentwicklung des Muskels ebenfalls von der ursprünglichen Länge des Muskels vor seiner Kontraktion abhängt, ist es notwendig, daß die Gelenkwinkel bei der Trainingsbewegung gesteuert werden.

Kein bekanntes Trainingsgerät verfügt über die Fähigkeit, sowohl Gelenkwinkel als auch die Richtung des Widerstandes zu steuern. Das hier dargestellte Trainingsgerät ist insofern einzigartig, als die Auswahl der stimulierten motorischen Gruppen besser als bei jedem anderen bekannten Gerät ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Methode zum selektiven funktionalen und gelenkgesteuerten Training verschiedener motorischer Gruppen für die Entwicklung der funktionalen Muskelkraft und Propriozeptivität zu liefern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wirkungsrichtung des Widerstandes den zu trainierenden Muskelgruppen oder motorischen Gruppen angepaßt wurde und daß alle Gelenkstellungen für die Gelenke, die an den Muskelgruppen oder motorischen Gruppen beteiligt bzw. zu trainieren sind, arretiert werden.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Trainingsgerät für de Anwendung der erfindungsgemäßen Methode, und dieses Gerät wird dadurch charakterisiert, daß es Mittel zur Arretierung der Stellung aller von Muskelgruppen oder motorischen Gruppen beeinflußten bzw. zu trainierenden Gelenke enthält sowie Mittel, durch die der Winkel, unter dem eine Belastung ansetzt, willkürlich einstellbar ist.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine nicht auf dieses Beispiel beschränkte Ausführung eines Trainingsgerätes für Kniegelenktraining weiter beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1: zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät in Seitenansicht

Fig.2: zeigt die Ansicht der gegenüberliegenden Seite.

Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ansichten gegenüberliegender Seiten eines erfindungsgemäßen Muskeltrainingsgerätes, das zum Trainieren des Kniegelenks entworfen wurde, und die Abbildungen zeigen die mit einer Strich-Punkt-Linie angedeuteten Umrisse eines Beines, dem das Gerät angelegt wurde.

Das gezeigte Gerät umfaßt eine Oberschenkelorthese 1, die mit einer Schiene 2 fest verbunden ist und sich über eine Gelenkpositionierung 3, die an einer Knieorthese 4 anliegt, nach unten erstreckt, wodurch die Gelenkpositionierungen 3 so an die Knieorthese angelegt werden, daß sie bei Verwendung des Gerätes eine durch das Kniegelenk des Trainierenden laufende Gelenkachse bilden. An jeder Gelenkpositionierung 3 ist gelenkartig eine abhängige Schiene 5 angebracht, die fest an der Unterschenkelorthese 6 befestigt ist. Ein gelenkartiger starrer und bogenförmiger Arm 7 ragt aus jeder Gelenkpositionierung 3 bei gestrecktem Bein im Verhältnis zu den Gelenkachsen nach hinten.

Am äußeren Ende der bogenförmigen Arme 7 befindet sich ein gelenkartig verbundener nichtelastischer Steg 8, dessen anderes Ende gelenkartig an einer Fußstütze 9 angebracht ist, die im Bedarfsfalle an den Fuß des Trainierenden angelegt wird. Dieser nichtelastische Steg 8 hat eine Stegsperre 10, mit deren Hilfe der Abstand zwischen dem Ende des bogenförmigen Arms 7, der von Gelenkstellung 3 wegzeigt, und Fußstütze 9 eingestellt werden kann.

Die bogenförmigen Arme 7 haben eine Reihe von Einstellöffnungen 11, die entlang der Verlängerung des Arms in gleichen Abständen angebracht sind und an denen ein Lastende angelegt wird, was im gezeigten Beispiel ein dehnbarer Steg 12 ist, dessen gegenüberliegenden Enden gelenkartig an der Oberschenkelorthese 1 angebracht sind. Diese vergrößerbare Belastung kann auch durch eine statische Belastung in Form der nichtelastischen Stege 13 ersetzt werden, wie in der Abbildung durch die gestrichelten Linien gezeigt wird.

Da die Expander an verschiedenen Einstellöffnungen 11 der Arme 7 angebracht werden können, ist die Größe der Belastung veränderlich, und da die Möglichkeit besteht, mittels der Stegsperre 10 den Abstand zwischen Fußstütze 9 und den von der Knieorthese wegführenden Armen zu verändern, ist es auch möglich, die Richtung der Belastung nach Wunsch und Notwendigkeit in Abhängigkeit von den zu trainierenden Muskelgruppen oder motorischen Gruppen einzustellen.

Der in den Abbildungen gezeigte Apparat ist lediglich ein Beispiel für ein Gerät zum Trainieren des Kniegelenks, aber der Apparat läßt sich natürlich für diesen und jeden anderen Trainingszweck, ohne über den durch die Patentansprüche gesetzten Rahmen hinauszugehen, in unterschiedlichster Weise abändern.

Das Gerät beruht ganz allgemein auf anatomisch gestalteten Orthesen, d. h. vor allem Knieschützern und Stabilisatoren, die mit einer Widerstandslast versehen sind; die Ausführung zeigt einen Doppelsatz von Expandern, der über eine variable Übertragung an je einer Seite des Kniegelenks angebracht ist und sich von der Oberschenkelorthese 1 über die Unterschenkelorthese 6 bis zur Mittelachse des Fußes erstreckt, von wo aus die Richtung des Widerstandes mit Hilfe des Winkels bestimmt wird: vom Unterschenkel zu den bogenförmigen Doppelarmen oder zur Übertragungsstütze. Eine nichtelastische Übertragungsstütze zur Arretierung der Mittelachse des Kniegelenks, die jedoch nicht die Bewegungsbahn beeinflußt, legt hier eine konstante Widerstandsrichtung im gesamten Bewegungsspektrum fest, wobei der Satz Expander die Möglichkeit der exzentrischen Trainingsbelastung und die Wiederaufnahme der Anfangsposition in einem Kniewinkel von 90° bietet.

Da sich der Satz Expander in Längsrichtung variabel anbringen läßt, können unterschiedliche Belastungen ausgewählt werden und eine hohe Beteiligung motorischer Gruppen bei der gesamten Knieextension ist möglich, da sich der Expanderwiderstand gleichzeitig mit dem Anwachsen der Knieextensionkraft erhöht.

Da der Expandersatz gegen einen nichtelastischem Widerstand in Form des Steges 13, der jedoch auch hydraulischer oder

pneumatischer Natur sein kann, austauschbar ist, kann das Gerät bei isometrischen Übungen in verschiedenen Gelenkwinkeln eingestellt werden. Das Kniegerät läßt sich auch mit Gewichtsmagazinen und bei Widerstand mit oder ohne CAM-Übertragung verwendet, wenn es auf einer sogenannten Quadrizeps-Trainingsbank verwendet und dort angebracht wird.

Der Grund dafür, daß das beschriebene Knietrainingsgerät keine feste Hüftgelenk- und Fußgelenkkonstruktion besitzt, liegt darin, daß diese beiden Gelenke sich während der gesamten Kniebewegung unabhängig vom gewählten Belastungswinkel in einem konstanten Winkel befinden sollen. Das ist für den Trainierenden im Vergleich zu einer gesteuerten Winkelbewegung in diesen Gelenken gleichzeitig mit der primär trainierten Kniegelenkbewegung leichter, und in dem Fall ist es auch erforderlich, das Knietrainingsgerät mit Hüftgelenk- und Fußgelenkorthesen mit elektronischer, d.h. vorprogrammierter Gelenkwinkelanpassung in diesen Gelenken während der Kniegelenkbewegung zu versehen, wobei der Trainierende beim aktiven Beugen des Knies passiv die Gelenkeinstellung befolgt.

Das oben beschriebene Knietrainingsgerät besteht aus einem leichten, hochfesten und daher leicht zu transportierenden Material, wodurch es sich für das Training zu Hause und auf Reisen empfiehlt.

Das Trainingsgerät eignet sich nicht nur zum Trainieren ausgewählter motorischer Gruppen, sondern auch für Bodybuilding, wo die Tangentialrichtung des Widerstandes dem Muskelisolationstraining, dem sogenannten „peaking", entspricht, wohingegen die Längsrichtung intensives Volumentraining bewirkt.

Das beschriebene Trainingsgerät für die primäre Entwicklung maximaler funktioneller Muskelkraft (sowie für die Erhaltung der Kraft anderer Teile in den Bändern und dem Gelenkknorpel der Extremitäten) wurde vorrangig für das Trainieren der Organstrukturen des Kniegelenks entwickelt, aber das Gerät kann prinzipiell auch bei anderen Gelenken von Humanextremitäten eingesetzt werden, und zwar sowohl bei Scharniergelenken als auch bei Kugelgelenken (Hüftgelenke, Schultergelenke). Das Trainingsgerät eignet sich auch als Teil eines kompletten, Ganzkörper-„Trainingsanzuges", mit dessen Hilfe über Mehrfachgelenksteuerung die Mehrzahl der Großmuskeln entsprechend der motorischen Gruppen trainiert werden kann; unter Zuhilfenahme einer elektronischen Einheit mit Feedback und Feedforward ist das Gerät für die motorischen Gruppen auch als Anzug mit Speicherfunktion denkbar (d. h. als Anstronautenanzug für angepaßtes Training verschiedener Funktionen des Humanbewegungssystems.)

Claims (7)

1. Verfahren zum gelenkgesteuerten Training verschiedener motorischer Gruppen für die Entwicklung funktioneller Muskelkraft und Propriozentivität, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsrichtung des Widerstandes den zu trainierenden Muskelgruppen oder motorischen Gruppen angepaßt werden kann und daß alle Gelenkstellungen für die zu den zu trainierenden Muskelgruppen bzw. motorischen Einheiten gehörenden Gelenke arretiert werden.

2. Einrichtung zum gelenkgesteuerten Training verschiedener motorischer Gruppen für die Entwicklung funktioneller Muskelkraft und Propriozeptivität, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät Mittel (1,4,5) enthält, um die Stellungen aller durch die zu trainierenden Muskelgruppen bzw. motorische Einheiten betroffenen Gelenke zu arretieren, sowie Mittel (8,10), durch die der Winkel, an den eine Belastung (12) angesetzt wird, willkürlich veränderbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Gelenkarretierung Orthesen (1, 4, 5) sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Trainieren der Muskelgruppen und der motorischen Gruppen des Kniegelenks die gelenkarretierenden Mittel (1,4, 5) des Geräts gelenkartig über eine Gelenkachse (3) verbunden sind, deren Lage und Ausdehnung mit dem Kniegelenk eines mit dem Gerät Trainierenden übereinstimmt, und daß der Belastungswiderstand (12) zwischen einem äußeren gelenkarretierenden Teil (1) und einer an der Gelenkachse (3) ansetzenden Armkonstruktion (7) wirkt, wobei die Richtung der Armkonstruktion (7) mittels einer einstellbaren (10) Verankerung (8) verstellbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungswiderstand aus austauschbaren verbundenen elastischen und nichtelastischen Stegen (12 bzw. 13) zwischen dem oberen gelenkarretierenden Hilfsmittel -Orthese 1 -und der Armkonstruktion besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungswiderstand (12,13) an der Armkonstruktion (7) in verschiedenen Abständen von der Gelenkachse (3) angelegt werden kann.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkarretierenden Hilfsmittel von einem Anzug umgeben sind, der mit Hilfsmitteln zur Einstellung der Richtung der Widerstandsbelastung versehen ist.