Anatomie und Biomechanik der Lendenwirbelsäule und Zwischenwirbelscheiben
Die Wirbelsäule ist unser tragendes Fundament, welches, auf ihre Länge betrachtet, alle Teilkörper miteinander verbindet. Sie besteht aus 5 Teilabschnitten:- Die Halswirbelsäule von C1 – C7
- Die Brustwirbelsäule von Th1 – Th12
- Die Lendenwirbelsäule von L1 – L5
- Das Kreuzbein mit 5 verschmolzenen Wirbeln
- Und das Steißbein mit 4-5 verschmolzenen Wirbelrudimenten
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Wirbels%C3%A4ule
Von der Seite betrachtet fällt auf, dass sie verschiedenartig gewölbt ist. Dabei wechseln sich Lordose (Halswirbelsäule, Lendenwirbelsäule) mit Kyphose (Brustwirbelsäule, Kreuz- und Steißbein) ab. Dies dient vor allem der Pufferung von Energie beim Gehen, sowie bei anderen Ganzkörperbewegungen.
Aufgrund der Verletzungsanfälligkeit möchte ich die Brustwirbelsäule im Vorfeld von einer genaueren Betrachtung ausschließen. Die Halswirbelsäule schließe ich ebenfalls aus, da die trainingsmethodischen Verletzungen unwesentlicher ausfallen, als die der Lendenwirbelsäule.
Der Lendenwirbel
...besteht im Allgemeinen aus Wirbelkörper und Wirbelbögen. Der Wirbelkörper hat die Funktion des Stützens von Kopf, Armen und Rumpf. Die gesamten Wirbelbögen bestehen zum Schutze des im Wirbelkanal liegenden Rückenmarks.Seitlich (lateral) befinden sich an den Wirbelkörpern Querfortsätze, nach dorsal (rückseitig) die Dornenfortsätze. Beide dienen der Ansatzmöglichkeit für Muskulatur, Faszien und Bänder.
Der Lendenwirbel hat 4 kleine Wirbelgelenke (rechts, links, oben und unten).
Die Beweglichkeit der Lendenwirbelsäule liegt hauptsächlich im Beugen, Wiederaufrichten und der Seitwärtsneigung. Die Drehbewegung ist nahezu nicht möglich. Einer gesunden Lendenwirbelsäule besteht die Möglichkeit ca. 2° zu drehen. Dazu ist eine Beugung und Streckung um 70° und eine Seitwärtsneigung um 25° möglich.
Die Zwischenwirbelscheiben
...bestehen aus dem Annulus fibrosus, einem fibrösen Ring und einem gallertartigen Kern, dem Nucleus pulposus. Im Normalfall besteht dieser Kern aus 85% Wasser, was je nach Geschlecht, Alter, Größe und anderen Faktoren variiert (insbesondere vom Alter her gesehen, stetig abnehmend). Bei einwirkenden Kräften verteilt sich nach dem Pascal-Gesetz der Druck innerhalb des gallertartigen Kerns nach allen Seiten gleichmäßig.Die Zwischenwirbelscheibe bildet zusammen mit dem gallertartigen Kern eine Art Pufferkissen, damit axiale Stöße gedämpft werden können. Dies ermöglicht im Zusammenhang mit dem weichen Kern und der härteren Schale eine gleichmäßige Druckverteilung der einwirkenden Kräfte.
Bein Einwirken einer axialen Kraft dehnt sich die Zwischenwirbelscheibe zu allen horizontalen Seiten aus. Dies vermindert den Druck auf den Wirbelkörper, da so ein Restdruck an die angrenzenden Deckplatten übergeben wird.
Dennoch ist es im Alltag untypisch, dass eine genaue vertikale Krafteinwirkung auf die Wirbelsäule geschieht. Selbst in der normalen Ausgangsstellung ist keine vertikale Krafteinwirkung möglich, da die Wirbelsäulenform nicht genau entlang der Längsachse verläuft.
Bei einer vermehrten Rumpfbeugung und/oder Rotation unter mechanischer Belastung auf die Zwischenwirbelscheiben treten besonders häufig Verletzungen auf!
Die Zwischenwirbelscheiben haben eine weitere Funktion in der Begrenzung des Bewegungsumfanges. Je nachdem, ob man sich rückwärts, vorwärts oder seitwärts bewegt, verlagert sich der gallertartige Kern in die Gegenrichtung. Durch die etwas starre Begrenzung des fibrösen Gehäuses ist die Bewegung limitiert. Durch Verwachsungen des fibrösen Ringes mit den angrenzenden Randleisten und den Bandstrukturen rund um die Wirbelkörper, kann eine translative, also verschiebende Fehlbewegung, beispielsweise nach vorn, verhindert werden. Die zusätzliche Fixierung der Zwischenwirbelscheiben mit den Wirbelkörpern verhindert eine vermehrte Rotation. Da die Gelenkflächen der Lendenwirbelsäule sagittal ausgerichtet sind, kann es zu keiner Drehung kommen, welche zum größten Teil von der Halswirbelsäule und zu ca. 33° von der Brustwirbelsäule ausgeführt wird.
Die mechanische Belastung der Zwischenwirbelscheiben
Die Zwischenwirbelscheiben werden durch Stoßkräfte und statisch wirkende Kräfte belastet. Das heißt, dass bei jeglichen Bewegungen, seien sie noch so langsam, zumindest statische Kräfte einwirken - und das selbst im Liegen.Die Stoßbelastungen
Sie ziehen sich wie Schockwellen durch den Körper. Gerade Turner sind dazu prädestiniert, im Jugendlichen Alter mäßig bis starke Verletzungen an den Wirbelkörpern und Zwischenwirbelscheiben zu erleiden. Aber auch beim Springen in jeglichen Sportarten, Sprinten und anderen ruckartigen Bewegungen wirkt eine hohe Belastung auf die Wirbelsäule.Selbst beim einfachen Gehen (nicht die Sportart) wirken 0,5 bis 1.0 g auf die Wirbelsäule (g - Erdbeschleunigung - 9.81 m/s²). Die Kraft muss vom Rücken gedämpft werden und das bei jedem Schritt.
Als Beispiel kann das Skispringen herangezogen werden. hierbei haben Untersuchungen ergeben, das beim Landen bis zu 10 g gedämpft werden müssen. Hierbei können einige Faktoren verschiedenartig dämpfend wirken:
- Die Materialeigenschaft des Untergrundes
- Die Elastizität der Schuhe
- Die Landetechnik
- Die Dämpfungseigenschaften des Körpers, insbesondere der Sprung- und Kniegelenke
Richtiges Landen
...kommt nicht von ungefähr. Richtiges Schuhwerk und der richtige Untergrund machen bei der Landung Einiges her. Die Einleitung der Landung sollte mit ausgestreckten Beinen und Füßen (eigentlich gebeugte Füße: Plantarflexion) beginnen. Nach Bodenkontakt werden die Kniegelenke gebeugt. Die Abfederung über die Beine und damit die Verminderung der einwirkenden Kräfte auf die Wirbelsäule werden geringer, je mehr das Knie gebeugt wird. Hierbei macht man sich den langen Dämpfungsweg zu eigen. Je mehr Zeit in Millisekunden für die Landung genutzt wird, umso geringer die wirkenden Kräfte.Als Vergleich kann die jeweilige Deformation der Gewebeteile (Knochen, Knorpel, Wirbelsäule) herangezogen werden: bei einer eingeübten weichen Landetechnik werden lediglich 0,5% der kinetischen Energie als Deformation auf die Gewebeteile eingewirkt. Bei harten Lande“techniken“ (wie im Geräteturnen, das möglichst starrgestreckte Landen nach Sprüngen) wirken bis zu 75% der mechanischen Energie des Körpers als Deformation auf die Gewebeteile und somit auch auf die Lendenwirbelsäule.
Die statische Belastung der Zwischenwirbelscheiben
...sollte nicht verunglimpft werden. Diese einwirkenden Kräfte können deutlich das Körpergewicht übersteigen, obwohl nichts getragen oder gehalten werden muss. Der einfache Stand demonstriert es. Dabei ist der Körperschwerpunkt im Körper des Menschen einige Zentimeter vor der Wirbelsäule. Dadurch müssen hinter der Wirbelsäule Zugkräfte von der tragenden Muskulatur generiert werden, da man sonst durch das anfallende Drehmoment im Wirbel nach vorn beugen und einfach umfallen würde. Sozusagen die banalste Körperspannung überhaupt! Und genau diese wirkt sich statisch durch die Erdbeschleunigung vor dem Wirbel und dem entgegengesetzten Muskelzug hinter dem Wirbel auf die Zwischenwirbelscheiben aus. Die hohen Kräfte entstehen durch den geringen Abstand der Muskulatur zur Drehachse innerhalb des Wirbels. Hebelgesetz: Je geringer der Weg umso höher muss die ausgleichende Kraft sein. Wäre die Muskulatur entfernter vom eigentlichen Drehpunkt innerhalb des Wirbels, würde die ausgleichende generierte Kraft kleiner ausfallen. Der entstehende Druck auf den Wirbel bleibt aber derselbe, da immer noch die Kraft des nach-vorn-Kippens gleich hoch ist und ausgeglichen werden muss.Im Folgenden sind einige Haltungen und Bewegungen aufgeführt mit der resultierenden Kraft (Körpergewicht in %) auf den Wirbel L3:
Quelle: Informationen aus Zatsiorsky; Krämer: Krafttraining - Praxis und Wissenschaft. Meyer & Meyer Verlag, 2. Auflage 2000, S. 190.
*gemeint ist eine Art Zug ähnlich einer Streckbank
Es ist ersichtlich, wenn wir uns den Kreuzheber Benndikt Magnusson als Beispiel vor Augen halten, dass er mit seinem fast gestreckten Kreuzheben bei 460 kg Weltrekordleistung einer abnorme Belastung auf seinen L3 Wirbel ausübt. Diese Fähigkeit ist aber in erster Linie dem ständigen trainieren dieser Wettkampfübung geschuldet, wodurch die passiven Strukturen genug Zeit hatten sich anzupassen. Auch darf man den intraabdominellen Druck nicht vernachlässigen, welcher bei richtiger Anwendung den gesamten Druck auf die Zwischenwirbelscheiben reduziert (und damit aber auch andere Probleme schafft).
Der Bauchrauminnendruck
Der intraabdominelle Druck wird durch die Bauchmuskulatur, durch die Zwischenrippenmuskulatur und das Zwerchfell erzeugt. Er verhält sich proportional zum entwickelnden Kraftmoment um die Drehachse im Wirbel. Man darf aber von keiner proportionalen Verhaltensweise zum gehobenen Gewicht ausgehen, da die Druck mit unter von verschiedenen Hebetechniken herabgesetzt oder erhöht werden kann. Also bedingt auch eine andere Hebetechnik bei gleichem gehobenen Gewicht ein anderes Drehmoment im Wirbel. Daraus leitet sich ab, dass es verschiedenartig gute oder weniger gute Hebetechniken gibt, bezüglich der Belastung der Zwischenwirbelscheiben.Der intraabdominelle Drucke verringert den Druck auf die Wirbel im Mittel um ca. 20 %. Je austrainierter ein Athlet bezüglich Kreuzheben ist, desto mehr Druck kann er von der Zwischenwirbelscheibe nehmen und auf den Rest des Rumpfes verteilen. Dabei kann der Druck sogar um bis zu 40 % verringert werden, was aber eine Steigerung des Bauchrauminnendrucks nach sich zieht.
Eine statisch gehaltene Last kann alleine den Bauchrauminnendruck verändern, je nach dem wie weit die Last vom Körperschwerpunkt gehalten wird. Es entsteht der größte Druck bei längstem Krafthebel, also ausgestreckten Armen. Je näher das gehaltene Gewicht an den Körper herangeführt wird, desto merklich leichter wird die Körperspannung und damit auch der Druck innerhalb des Bauches. Das heißt auch, dass bei gestrecktem Halten, der Druck auf die Zwischenwirbelscheibe im Vergleich zum körpernahen Halten enorm ansteigt.
Je nach dem wie viel Luft in den Lungen durch die geschlossene Stimmritze gehalten wird, kann sich der Bauchrauminnendruck nochmals variieren.