Biologisch medizinisches Wissen für den Trainer im Rollstuhlsport

Biologisch medizinisches Wissen für den Trainer im Rollstuhlsport

(vgl. Handbuch Rollstuhlbasketball)

Anatomische Grundlagen der Wirbelsäule und des Schultergelenks
WIRBELSÄULE
Die Wirbelsäule ist das knöcherne Achsenskelett, das den Rumpf trägt und dessen Bewegungen ermöglicht. Von der Seite betrachtet hat sie eine doppelte S-Form. Im Hals- und Lendenbereich ist sie nach vorne gekrümmt (Hals- und Lendenlordose), im Brust- und Sakralbereich ist sie nach hinten gekrümmt (Brust- und Sakralkyphose). Diese Wirbelsäulen-Anatomie ist wichtig für das aufrechte Stehen und Gehen sowie das Abfedern von Belastungen.

Abb.: Wirbelsäule und Innervation Dirk Lösel Stark im Rollstuhl
Die menschliche Wirbelsäule besteht aus 33 bis 34 Wirbeln. Sie ist unterteilt in fünf Wirbelsäulenabschnitte, die aus jeweils mehreren Wirbeln bestehen:
•    Halswirbelsäule (HWS): 7 Wirbeln (Zervikalwirbel, C1- C7)
•    Brustwirbelsäule (BWS): 12 Wirbel (Thorakalwirbel, Th1 - Th12)
•    Lendenwirbelsäule (LWS): 5 Wirbel (Lumbalwirbel, L1 - L5). 
•    Kreuzbein (Os sacrum): Während der Entwicklung wachsen die 5 Kreuzbeinwirbel (Sakralwirbel, S1 - S5) zu einem einheitlichen Knochen zusammen.
•    Steißbein (Os coccygis): Auch der letzte Abschnitt der Wirbelsäule besteht aus verwachsenen Wirbeln, und zwar vier bis fünf an der Zahl.

Die 24 Hals-, Brust- und Lendenwirbel bleiben ein Leben lang beweglich – außer in Krankheitsfällen oder durch Verletzungen.
Der Wirbelkörper
Die Grundform aller Wirbel ist ein Ring oder Hohlzylinder. Der vordere Teil eines jeden Wirbels – mit Ausnahme des ersten und zweiten Halswirbels – ist ein massiver, zylindrisch geformter Knochen mit einer Grund- und einer Deckplatte, der Wirbelkörper (Corpus vertebrae). Der Wirbelkörper ist der tragende und stützende Teil der Wirbelsäule. Er hat eine dünne kompakte Außenschicht und im Inneren eine starke Spongiosa, ein schwammartiges System aus feinen Knochenbälkchen, das mit rotem Knochenmark gefüllt ist. Der zentrale Bereich der Ober- und Unterfläche der Wirbelkörper ist porös, und nur die Randleisten sind aus festem Knochen gebaut. Nur der erste Halswirbel (Atlas), der den Kopf trägt, besitzt keinen Wirbelkörper. Er ist mit dem zweiten Wirbelkörper (Axis) über ein Gelenk (Articulatio atlantoaxialis) verbunden.
Die Bandscheiben
Zwischen je zwei benachbarten Wirbelkörpern liegen druckelastische Zwischenwirbelscheiben aus Knorpelgewebe, die Bandscheiben. 
Der Wirbelbogen und die Fortsätze
Der hintere Teil eines jeden Wirbels ist der Wirbelbogen (Arcus vertebrae), der schmaler und schwächer als der Wirbelkörper gebaut ist. Vom Wirbelbogen gehen mehrere Fortsätze ab. An den Wirbelbögen der Brustwirbelsäule (Th2 bis Th10) setzen die Rippen an. Nach hinten geht ein einzelner Dornfortsatz (Processus spinosus) ab.
Bänder zur Stabilisierung
Zwischen den Wirbelbögen – vom zweiten Halswirbel bis hinunter zum ersten Sakralwirbel – sind jeweils Bänder aus elastischem Bindegewebe gespannt (Ligamenta flava), die zusammen mit Muskeln die Wirbelsäule stabilisieren. Ihre Dicke nimmt von oben nach unten zu.
Der Wirbelkanal
Das Loch im knöchernen Ring der Wirbel ist das Wirbelloch. Alle Wirbellöcher zusammen bilden den Wirbelkanal (Canalis vertebralis), in dem das Rückenmark Medulla spinalis) mit den umgebenden Rückenmarkshäuten vom Gehirn ausgehend bis hinunter in den Sakralbereich verläuft. Der Wirbelkanal wird von oben nach unten immer enger, weil auch das Rückenmark im Inneren nach unten hin immer schmäler wird.
Beweglichkeit der Wirbelsäule
Betrachtet man ein menschliches Skelett, so kann man sich kaum vorstellen, wie diese Vielzahl von Knochen und Gelenken durch die Muskeln, Sehnen und Bänder fixiert, bewegt und gesteuert werden kann. Die Bänder begrenzen den Bewegungsumfang, sie haben eine statische Funktion. Die Muskeln sind der aktive Bewegungsapparat. Sie sind an allen Gelenken paarig angelegt. Jeder Agonist besitzt einen Antagonisten, d.h. einen Muskel auf der anderen Seite des Gelenkes, der gegensinnig wirkt. Der sogenannte binäre Antagonismus ist die Grundlage der Bewegungssteuerung. Die beiden Muskeln arbeiten zusammen, kontrollieren sich gegenseitig, was z.B. einen gut modulierten Bewegungsablauf garantiert und vor Überlastung schützt. Bei einer komplexen Bewegung unterscheidet man Fixatoren, Kinetoren und Modulatoren. Im Falle, dass Gelenke fixiert werden müssen, werden die beiden zugehörigen Muskeln angespannt. Bei der Bewegung von Gliedmaßen wirken die Kinetoren. Der eine Muskel bewegt und der andere bremst, damit die Bewegung im Geschwindigkeitsverlauf gesteuert wird. Die Modulatoren sichern die Bewegungsgenauigkeit. Die antagonistische Arbeitsweise lässt sich mit dem Einfädeln des Zwirns in die Nadel vergleichen. Daumen und Zeigefinger drücken dosiert gegeneinander, um das Ende des Zwirns in das Nadelloch zu führen. Der Antagonismus ist ein viel verwendeter Mechanismus in der Natur, wenn Steuerfunktionen erforderlich sind.
SCHULTER
„Für eine perfekte Funktionalität der Schulter sind fünf Gelenke verantwortlich. Das eigentliche Schultergelenk (Glenohumeralgelenk) zwischen dem Oberarmkopf und der Gelenkpfanne, der Gleitraum zwischen Oberarmkopf und Schulterdach (Akromiohumeralgelenk) und die Gelenke zwischen Brustbein und Schlüsselbein (Sterno-Clavicular-Gelenk/SCG), zwischen Schulterdach und Schlüsselbein (Acromio-Clavicular-Gelenk/ACG, sowie die Gleitfläche zwischen Schulterblatt und Brustkorb. Ist eines dieser Gelenke beeinträchtigt und/oder arbeiten die Muskeln nicht harmonisch zusammen, besteht die Gefahr von degenerativen Veränderungen der Schulter. 

Abb.: Aufbau des Schultergelenks

Muskeln der Rotatorenmanschette

Hauptverantwortlich für eine gute Zentrierung des Oberarmes unter dem Schulterdach ist die muskelgruppe der sogenannte Rotatorenmanschette. Die Muskelgruppe besteht aus 4 Muskeln, die das Schultergelenk umgeben und mit ihren Sehnen eine Art Kappe bilden. Die einzelnen Muskeln sind für die Innen- und Außenrotation sowie das Abspreizen und Heranführen des Arms verantwortlich.

• Musculus infraspinatus
• Musculus supraspinatus
• Musculus subscapularis
• Musculus teres minor

(siehe, Dirk Lösel „Stark im Rollstuhl“, 2022, S. 23)

Abb.: Aufbau des Schultergelenks
Muskeln der Rotatorenmanschette
Hauptverantwortlich für eine gute Zentrierung des Oberarmes unter dem Schulterdach ist die muskelgruppe der sogenannte Rotatorenmanschette. Die Muskelgruppe besteht aus 4 Muskeln, die das Schultergelenk umgeben und mit ihren Sehnen eine Art Kappe bilden. Die einzelnen Muskeln sind für die Innen- und Außenrotation sowie das Abspreizen und Heranführen des Arms verantwortlich.
•    Musculus infraspinatus
•    Musculus supraspinatus
•    Musculus subscapularis
•    Musculus teres minor
(siehe, Dirk Lösel „Stark im Rollstuhl“, 2022, S. 23)

HALTUNGSAUFBAU
Es gibt einige prinzipielle Elemente, die die Körperhaltung regulieren. Die Großgelenke liegen vom Fuß bis zur Schulter nahezu senkrecht übereinander. Die Muskeln überziehen mit ihren Sehnen wie Scharniere beidseitig die Gelenke. Hier und genauso am Rumpf werden die einzelnen Körperteile durch Bandstabilisation und Muskelhaltekraft in der korrekten Position gehalten. Die Muskeln arbeiten antagonistisch (Agonist/Antagonist). An einem Gelenk wirken zumeist mehrere Muskeln zusammen (z.B. der Quadrizeps). Man spricht deshalb besser von Muskelgruppen. Solche Muskelgruppenpaare sind: 

FS: Fußstrecker (Dorsalflexion) – FB: Fußbeuger (Plantarflexion) KS: Kniestrecker – KB: Kniebeuger HB: Hüftbeuger – HS: Hüftstrecker BM: Bauchmuskeln – RS: Rückenstr. Rotatoren ADD: Adduktoren (Anspreiz-) – ABD: Abduktoren (Abspreizmuskeln)

Der Schultergürtel nimmt eine Sonderstellung ein. Er stellt die Verbindung zwischen dem Rumpf und den Armen her. Er hat nur eine einzige gelenkige Verbindung mit dem Rumpf. Eigentlich ist der Schultergürtel ein Teil der oberen Gliedmaßen (Arme). Aufgrund der notwendigen vielfältigen Freiheitsgrade ist das Schultergelenk sehr beweglich und benötigt dazu den Ansatz vieler Muskeln. Seine Fixierung wird vor allem durch Bänder und flächige Muskeln bewerkstelligt. Eine allgemeine Muskelschwäche führt besonders am Schultergürtel zu Haltungsschwächen (Buckel, Flügelschulter, hängende Schultern etc.).
EIGENSCHAFTEN DER MUSKULATUR
Der Muskel hat zwei wichtige Eigenschaften. Er kann sich willkürlich verkürzen und damit Kraft entwickeln. Werden die beiden Ansätze der Muskeln durch ein Überstrecken des Gelenks voneinander entfernt, so wird der Muskel wie ein Gummiband gedehnt. Der Muskel besitzt also auch Elastizität. Kraft und Elastizität des Muskels werden nur erhalten, wenn diese Funktionen geübt werden. Ein inaktiver Muskel wird schwach, ermüdet schnell, verkürzt sich oder bleibt überdehnt. Die Verbesserung der Muskelkraft (Dickenwachstum, gleichzeitiger Einsatz von mehr Muskelfasern) wird durch den hohen Spannungsreiz im Muskel bei großen Kraftleistungen ausgelöst. Die Elastizität des Muskels verbessert sich entsprechend durch seine Dehnung. Auslösend ist der Dehnungsreiz im Muskel. Spezifische Methoden zur Kräftigung und Dehnung siehe Trainingslehre.
Besondere Hinweise zu einzelnen Muskeln Hüftbeuger (Hüftlendenmuskel, m. iliopsoas): Der Hüftbeuger setzt sehr hoch an der Wirbelsäule und am oberen Beckenkamm an. Er zieht durch den Beckenraum bis zum Oberschenkel. Durch den sehr hohen Ansatz an der Wirbelsäule kann der Hüftbeuger den Oberschenkel bis zur Brust ziehen. Einzelne Muskeln ziehen über zwei Gelenke. Diese Muskeln haben spezifische koordinative Funktionen. Sie ermöglichen das Zusammenspiel mehrerer Gelenke im Sinne einer Funktionskette, z.B.
•    an den Beinen: Kniebeuger, der oben gelagerte Teil des Fußbeugers und der lange Strang des vierköpfigen Kniestreckers.
•    an den Armen: Ein Teil des Armbeugers, ein Teil des Trizepses, ein Teil des Handstreckers und ein Teil des Handbeugers. 
Die Bauchmuskeln sind die Antagonisten der Rückenmuskeln. Da die Wirbelgelenke in verschiedenen Ebenen bewegt werden können, gibt es gerade und schräge Muskeln, die die Funktionen Streckung, Beugung, Seitbeugung und Rotation ausführen können. Am Rumpf überwiegen die großflächigen Muskeln. Sie sind für Fixierungsaufgaben geeignet. An den Gliedmaßen herrschen lange, gestreckte Muskeln vor. Sie sind für weite, dynamische Bewegungen geeignet.
Abb. Beweglichkeit der Wirbelsäule
Quellen
Netdoktor.de Eva Rudolf-Müller
•    Guillou, I. et al.: Medizin für Heilpraktiker. Haug Verlag. 2012
•    Kirsch, J. et al.: Taschenlehrbuch Anatomie. Georg Thieme Verlag. 1. Auflage, 2010
•    Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch. Walter de Gruyter Verlag. 262. Auflage, 2002
•    Waldeyer, A.: Anatomie des Menschen. Walter de Gruyter Verlag. 17. Auflage, 2002
Aufgaben und Funktion des Herz-Kreislauf-Atmungs-Systems (HKAS)
Mit Hilfe des Herzkreislauf-Atmungs-Systems (HKAS) werden die kleinsten ›lebendigen‹ Teile des Körpers, die Zellen, mit Sauerstoff (O2) und Nährstoffen versorgt, sowie Abfälle des chemisch ablaufenden Stoffwechsels, insbesondere das Kohlendioxyd (CO2) abtransportiert. Die wichtigste lebenserhaltende und energiespendende Aufgabe ist die Sauerstoffversorgung der Körperzellen, insbesondere der Nerven- und Muskelzellen. 
Wie kommt der Sauerstoff in die Zelle? Die Moleküle O2 und CO2 wandern vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedriger Konzentration. Diesen Ausgleichs- und Austauschvorgang nennt man Diffusion. Der O2- und CO2- Austausch geht umso effektiver vonstatten, je kürzer der Weg zwischen den Zellen und dem verfügbaren Sauerstoff ist. Ohne das HKAS wäre der Weg des Sauerstoffs aus der Atmosphäre bis zu den einzelnen Zellen zu lang. Das HKAS beschleunigt den Transport des Sauerstoffs zu den einzelnen Zellen des Körpers.
Funktion des Herz-Kreislauf-Atmungssystems
Träger des O2 und des CO2 sind die roten Blutkörperchen. In der Lunge wird das Blut mit O2 beladen und CO2 entfernt. Auch dieser Vorgang geschieht über die Diffusion. Damit der Austausch zwischen dem Sauerstoff und den vielen Blutkörperchen möglichst rasch vonstattengeht, ist die Austauschfläche in der Lunge riesig (ca. 3800 qm). Das Blut umspült in feinen Gefäßen die Abermillionen von Lungenbläschen (Alveolen). Die eingeatmeten Sauerstoffmoleküle verteilen sich in den Alveolen und diffundieren auf dem kürzesten Weg in das Blut. Das sauerstoffreiche Blut wird aus der Lunge zum Herzen transportiert. Für einen raschen Transport des Sauerstoffs zu den Erfolgsorganen muss das Blut (8% des Körpergewichts, etwa sechs Liter) in schnellen Fluss gebracht werden. Motor dafür ist das Herz. Es wirkt wie eine Saug- und Druckpumpe, die das Blut in den Blutgefäßen bewegt und zu allen Körperzellen lenkt. Damit das Blut alle Teile des Körpers erreicht und unterwegs nicht an Strömungstempo verliert, wird es mit notwendigem Druck in das Gefäßsystem gepumpt. Um diesen Druck möglichst im weiteren Strömungsverlauf zu erhalten, haben die Blutgefäße, insbesondere die vom Herzen wegführenden Adern, die Arterien eine so genannte Windkesselfunktion. Die Arterienwandung ist elastisch und dazu mit einer Muskelschicht ausgestattet. Dadurch ist es möglich, dass die Gefäßwand die Druckwelle des Herzens übernimmt und das Blut weiter pumpt bis in die feinsten Verzweigungen des Blutgefäßsystems. Die endgültige Verteilung des Blutes zu den Zellen vollziehen feinste Haargefäße, die Kapillaren. Auch das führt wieder zu dem Effekt, eine größtmögliche Austauschfläche für die Diffusion zu erreichen. Es ergibt sich also folgende Funktionskette: 
Atmung     äußere Diffusion     innere Diffusion
O2/Atmosphäre ➜ Lunge/Alveolen ➜ Blut ➜ Herzkreislauf ➜ Zellen 
Nach dem Gas- und Stoffaustausch wird das Blut über die Venen wieder dem Herzen und der Lunge zugeführt. Der Druck des venösen Blutes ist viel geringer und wird durch die Arbeit der rechten Herzhälfte erhalten. Damit das Blut die Lunge und damit wieder den Diffusionsort erreicht, wird es durch den Motor dieser Herzseite in den Lungenkreislauf gepumpt. 
Innere        Diffusion äußere     Diffusion Atmung
O2/Zellen ➜ Blut/Kapillare ➜ HKL ➜ Lunge/Alveolen ➜ Atmosphäre
Das rechte Herz pumpt das Blut in die Lunge und das linke Herz in den gesamten Körper. Beide Herzseiten haben ihren eigenen Kreislauf für ganz spezielle Aufgaben. In Wirklichkeit liegen die Herzhälften aber nicht getrennt voneinander, obwohl sie zwei eigenständige Pumpstationen sind. Die beiden Herzen sind mit den Vorhöfen und den Kammern zueinander gedreht und verwachsen. Der Verlauf der Arterien und Venen am Herzen verdeutlicht diese räumliche Nähe, die gleichzeitig platzsparend und funktionell, durch die Nutzung gleicher Zu- und Abflusswege sinnvoll ist. Verdeutlicht man sich den Weg des Blutes, das durch zwei Pumpstationen angetrieben zwei Kreisläufe durchströmt, dann wird erkennbar, dass notwendigerweise beide Kammern die gleiche Menge Blut befördern müssen. Die linke Herzseite muss aber deutlich kräftiger sein als die rechte, weil sie die gleiche Menge Blut mit höherem Druck in die Aorta (Herzschlagader) und weiter in den Körper pumpen muss. 
Funktion des Herz-KreislaufAtmungs-Systems bei Arbeit Bei körperlicher Bewegung, d.h. Belastung werden Stoffwechselprodukte frei. Sie erhöhen die Reizschwelle für den N. Sympatikus, ein Teil des vegetativen Nervensystems, das die Gefäßweite der Arterien reguliert (der andere Teil des Systems ist der N. Parasympaticus). In den arbeitenden Körperteilen weiten sich die Arterien. Damit fließt mehr Blut in die Muskulatur der arbeitenden Körperteile, um mehr Sauerstoff und energetisch notwendige Stoffe (z.B. Zucker) den arbeitenden Muskelzellen zur Verfügung zu stellen. Die Erweiterung der Blutgefäße verringert den Widerstand, der Blutdruck sinkt ab. Das würde zu einer nicht ausreichenden Versorgung mit Sauerstoff und Energie führen und bedarf der Gegenregulation. Zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Blutdruckes werden über Blutdruckrezeptoren mehrere Mechanismen ausgelöst.

Abb.: Herz-Kreislauf-System
Erhöhung der Pumpleistung (Schlagvolumen und Schlagfrequenz) und damit der Fließgeschwindigkeit des Blutes. • Verengung der Gefäße in den Körperteilen, die nicht unter Belastung stehen, durch eine Absenkung der Reizschwelle für den N. Sympatikus im vegetativen Nervensystem. Dadurch wird dort weniger Blut gebraucht. Es steht mehr Volumen für die belastete Region zur Verfügung. Bei der Arbeit entsteht durch den erhöhten Stoffwechsel auch Wärme. Das Blut transportiert die Wärme zur Haut (die Rötung der Haut ist das Zeichen einer vermehrten Durchblutung und Weitstellung der Gefäße). Damit kann die Wärme über Abstrahlung (Konvektion) und durch die Verdunstung des Schweißes dem Körper entzogen werden. Der bei Belastung höhere Sauerstoffbedarf und insbesondere die erhöhte CO2-Anreicherung im Blut lösen eine Verstärkung der Atmungstätigkeit aus durch eine Frequenzzunahme und die Steigerung des Atemzugvolumens.
DAS TRAINING DES HERZKKREISLAUFKATMUNGSKSYSTEMS
Das HKAS als Versorgungssystem der Körperzellen wird in seiner Funktion erhalten oder kann sogar verbessert werden durch das Ausdauertraining. Der Effekt des Ausdauertrainings lässt sich an der Steigerung der Sauerstoffversorgung der Zellen messen. Ohne auf die genauen Trainingsmethoden zur Verbesserung der allgemeinen aeroben Ausdauer einzugehen können, sind u. a. folgende Funktionen eindeutig zu verbessern: • Die Sauerstoffaufnahme der arbeitenden Zellen bzw. Zellmotoren (Mitochondrien) • Blutmenge und Anzahl der roten Blutkörperchen können vermehrt werden. • Verbesserung der Pumpleistung des Herzens; Vermehrung der aktiven Herzmuskulatur. • Senkung des Ruhepulses (unter 60 pro Minute) und Steigerung des Maximalpulses (mehr als 200 pro Minute). • Schnellere Erholung nach einer Belastung (Puls sinkt schneller ab und erreicht seinen normalen Ruhe-Wert). • Ökonomische Verteilung des Blutes in die arbeitenden und nicht arbeitenden Körperregionen. • Vergrößerung des Atem-Minuten-Volumens (Ein- und Ausatmungsfähigkeit)
Hinweis: Die Atmung ist nicht der leistungsbegrenzende Faktor bei einer Ausdauerleistung, sondern die Pumpleistung des Herzens. Atemschwierigkeiten beim Laufen sind Signal für eine Ermüdung der Atemmuskulatur; d.h. ihre mangelnde Sauerstoffversorgung.