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Messung der Kräfte
am Pedal
aus der Kraft für jedes Bein an der Tretkurbel
lässt sich nicht nur die Leistung an der Kurbel, sondern lassen sich
auch die
Leistungen der angegliederten Gelenkbewegungen ermitteln.
Und nur diese zeigen an, ob von der Muskulatur Leistung abgegeben wird - konzentrische Bewegung,
oder Leistung aufgenommen wird -
exzentrische Bewegung.
Auch bei der exzentrischen Bewegung wird Kraft auf
die Kurbel ausgeübt.
Aus dem Anteil der Bewegungsformen -
konzentrisch und exzentrisch - lässt sich der
Wirkungsgrad der Bewegung bestimmen.
Eine Herleitung und Begründung für diesen Berechnungsansatz ist im
Aufsatz „Muskelleistung und Wirkungsgrad beim Radfahren“
(siehe Link in der rechten Spalte)
dargestellt.
Neben dem Wirkungsgrad bilden auch Form, Größe
und Verhältnis der Einzelleistungen den funktionellen
Gesundheitszustand der Muskulatur ab und geben
direkte Hinweise auf Trainingsziele und
Behandlungsmaßnahmen.
Leistung der Gelenkbewegung
Die Leistung, die bei der Bewegung für den
Vortrieb abgegeben wird, setzt sich aus den Einzelleistungen der Bewegung
der beteiligten Gelenke zusammen. Wird die Messung so durchgeführt,
dass die Leistung dabei nicht absorbiert und verbraucht wird, kann diese nur indirekt über die
Faktoren: Winkelgeschwindigkeit und Drehmoment am Gelenkdrehpunkt
bestimmt werden. Ein Fahrer, der bei einer Verletzung die Extremität
unterhalb des Kniegelenkes verloren hat und eine einschließlich das
Kniegelenk ersetzende Prothese benutzt, kann für die "Knie" Bewegung
keine Leistung abgeben. Die Leistungen der Gelenkbewegungen setzen
sich wie folgt zusammen:
Amputation oberhalb des Kniegelenkes. Die
Leistung der Bewegung am Kniegelenk ist null. Die Leistung der
Hüftgelenksbewegung ist unauffällig. Die Leistung der
Kniestreckbewegung am unversehrten rechten Bein ist vergleichsweise
hoch. Die Muskulatur für die Hüftbewegung könnte einen höheren
Leistungsanteil ohne überlastung des Gelenkes erbringen. Die
Messergebnisse geben die physiologische Realität eins zu eins
wieder. Viele Fahrer und Fahrerinnen konnten bereits ihren Radsport
durch die Messung ihrer Leistungen und das Erkennen von
Leistungsverlusten verbessern.
Unterscheidungsmerkmal zur Gesamtdrehmoment-Messung an der Tretkurbel
Geräte, die das Drehmoment an der Tretkurbel
messen, können nicht anzeigen, ob die Bewegung konzentrisch oder exzentrisch erfolgt. Auch die
zugrunde liegende Leistungsverteilung
kann durch den Drehmomentverlauf nicht bestimmt werden.
Bsp
Unterscheidungsmerkmale zu isokinetischen Diagnose- und Trainingsgeräten
Die Gruppe der isokinetischen Diagnose und
Trainingsgeräte ist gekennzeichnet durch die Beschränkung der Bewegung auf ein einzelnes Gelenk.
Die
Bewegungsform - konzentrisch oder exzentrisch - wird vorgegeben. Die
Bewegungseingrenzung bedarf eines großen apparativen Aufwandes. Patienten
geben an,
die Bewegungsausführung oft als unnatürlich zu empfinden.
Die Fortentwicklung der isokinetischen Methode grenzt nun nicht mehr die
Bewegung auf ein einzelnes Gelenk ein, da es sich gezeigt hat, dass
gerade das Zusammenspiel der Leistung mehrerer Gelenke Rückschlüsse auf
den Einsatz einzelner Muskelgruppen und die
Funktionsgesundheit der Muskulatur ermöglicht. Diese
Aussagekraft bietet caloped.
Bei der isokinetischen Methode muss der Mensch seine Bewegung an
die Erfordernisse der Messung anpassen,
bei caloped ist die Meßmethode der Bewegung des Menschen (beim
Radfahren) angepasst.
Exzentrische
Hüft-Beugebewegung
Die Abbildung zeigt als Beispiel mit der breiten
grünen Linie rechts die Gesamtleistung und das Drehmoment an der Tretkurbel, mit der dünnen,
markierten Linie links die Leistung für das linke Bein und rechts
für das rechte Bein, mit der blauen Linie die Leistung für die
Hüftgelenkbewegung und mit der roten Linie die Leistung für die
Kniegelenkbewegung, jeweils für das linke oder rechte Bein Streck- und Beugebewegung.
Exzentrische Bewegungsanteile befinden sich von der
Null-Linie aus unterhalb.
Bei der Hüftbeugung hält die Hüftstreckermuskulatur gegen die Bewegung.
Dies entzieht nicht nur Energie, die dem Vortrieb dienen könnte, und
vernichtet diese unnötiger weise, sondern kostet den Körper auch noch zusätzliche
Arbeit. Die Bewegung an der Hüfte erfolgte unbewusst. Nach dem Bewusstmachen
dieser Haltung, konnte mit gleicher Bewegungsleistung über 10 % mehr
Energie an der Tretkurbel abgegeben werden.
Kraft und Leistung bei einem einbeinig gelähmten
Fahrer
Die Abbildung zeigt als Beispiel die
Messergebnisse eines Fahrers, der nach einem Schlaganfall die
Kontrolle über die Steuerung der Muskulatur im linken Bein komplett
verloren
hat. Das betroffene Bein wird über die Tretkurbel mit angetrieben
und nimmt dabei 2 Watt Leistung auf. Das unversehrte Bein gibt eine
Leistung von 39 Watt ab.
Das Verfahren der Drehmomentmessung zeigt nicht
an, welches Bein betroffen ist. Viele wären geneigt, das linke Bein für funktionstüchtiger
zu halten, da der
zweite Ausschlag breiter ist.
Trotz
völlig unterschiedlicher Ausgangslage ähnelt die Drehmomentkurve der einer
unversehrten Person. Die
Aufteilung der ursprünglichen Leistungen ist aus dem Drehmoment nicht
zu ermitteln, da die überlagerung der einzelnen Einflüsse, diese
nicht mehr zuordenbar macht.
In der Regel kein einfacher, direkter Zusammenhang zwischen Kraft und
Leistung
Kraft und Leistung, zwei
physikalisch unterschiedliche Größen, werden häufig
umgangssprachlich synonym verwendet. Die Beschreibung des folgenden Experiments soll verdeutlichen, dass kein eindeutiger Zusammenhang zwischen
der Kraft am Pedal und der Muskelleistung besteht:
Wird an einer Tretkurbel die Kette
abgenommen, so bietet diese keinen Tretwiderstand. Würde
nun
die Kurbel langsam in Drehung versetzt, so zeigte ein
Messgerät für die Leistung an der Kurbel den Wert Null an.
Wird während der Drehbewegung von der Muskulatur
eine zusätzliche radial nach außen
oder innen gerichtete Kraft aufgebracht, so ist diese
physiologische Anstrengung durch den ansteigenden Herzschlag messbar, die Antriebsleistung, die auf die Kurbel übertragen
und gemessen wird, jedoch weiterhin Null.
Indem
nun die Kraft bezüglich der Kurbel gemessen wird und indem
aus der Sitzposition und den Längen von Oberschenkel,
Unterschenkel, Fuß und Kurbel, sowie der Fußposition
(die optisch oder manuell erfasst und eingegeben werden) die Lage der Gelenke und deren
Bewegungen bekannt ist, kann über die
Gleichgewichtsbedingungen das an den Gelenken angreifende Moment
berechnet werden. Aus der Winkeländerung am Gelenk ergibt
sich die Arbeit an den Gelenkpunkten in Bezug zur
Kurbelbewegung.
Die caloped Meßmethode der
Muskelleistungen beim Radfahren zeigt - auch für obiges Beispiel - die
tatsächliche physiologische Arbeit aus konzentrischer
und exzentrischer Bewegung, die im Bezug zur
Herzfrequenz und Ermüdung steht an. Die Addition aller
konzentrischen und exzentrischen Bewegungsleistung ist
die abgegebene Leistung an der Tretkurbel; in diesem (Extrem-)
Beispiel
ist die Leistung, die bei der konzentrischen Bewegung
abgegeben wird, gleich der Leistung die bei der
exzentrischen Bewegung aufgenommen wird, dies ergibt
eine
Leistung von null Watt an der Tretkurbel. Der
Leistungsaufwand ist jedoch größer als Null. Für den
Leistungsaufwand sind
die Leistungsbeträge für konzentrische und exzentrische
Bewegung geeignet gewichtet zu addieren.
Eine detaillierte Beschreibung finden Sie im Aufsatz
Muskelleistung und Wirkungsgrad beim Radfahren
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