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The German Journal of Sports Medicine is directed to translational science and clinical practice of Sports Medicine and its adjacent fields, which investigate the influence of physical activity, exercise, training and sports, as well as a lack of exercise affecting healthy people and patients of all age-groups. It addresses implications for prevention, diagnosis, therapy, rehabilitation and physical training as well as the entire Sports Medicine and research in sports science, physiology and biomechanics.

The Journal is the leading and most widely read German journal in the field of Sports Medicine. Readers are physicians, physiologists and sports scientists as well as physiotherapists, coaches, sport managers, and athletes. The journal offers to the scientific community online open access to its scientific content and online communication platform.

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Klinische Sportmedizin
ORIGINALIA
AUSSENARMZUG IM RIEMENRUDERN

Außenarmzug zur Steigerung der Vortriebswirksamkeit im Riemenrudern

Nonoarside-Arm Pull to Increase the Propulsion in Sweep Oar Rowing

ZUSAMMENFASSUNG

Im Unterschied zum Skullen wird beim Riemenrudern mit beiden Händen am Ruder (Riemen) gezogen, was eine asymmetrische Bewegung bedingt. Die Außenhand fasst am Ende des Innenhebels, die Innenhand weiter innen (Richtung Dolle) an. Die unilaterale Körperseite wird entsprechend als Außen- bzw. Innenseite bezeichnet. In der Studie wurde die Wirkung des Innen- und Außenarmzuges auf die Zugrichtung, die Innenhebelkraft (Längs- und Normalkraft) sowie die eindimensionale Stemmbrettkraft in Vortriebsebene von Innen- und Außenbein an männlichen Nachwuchsruderern (N=24, D-C-Kader) im Riemenvierer ohne überprüft. Die Bewegungsvarianten beidhändiges vs. einhändiges Rudern mit der Außen- bzw. Innenhand sowie beidhändiges Rudern mit dominantem Außen- vs. Innenarmzug wurde in zwei Feldtests varianzanalytisch verglichen. Beide Feldtests zeigten die Überlegenheit des Außenarmzugs, die sich in höherer Tangential- (bis 14%), kleinerer Längskraft (bis 11%) und günstigerem Zugrichtungswinkel (bis 2,7%) am Innenhebel bei geringerer Stemmbrettkraft in Vortriebsebene des Innenbeins (bis 25%) widerspiegelte. Die Überlegenheit wurde erwartet, weil die Außenhand am längeren Hebel und im Vorderzug stärker tangential als die Innenhand zieht. Im Wassertraining kann im Vorderzug durch dominanten Außenarmzug die Tangentialkraft maximiert und die Längskraft minimiert werden. Die Rotationsbewegung beim Riemenrudern erhöht die Torsions- und lateralen Biegebeanspruchungen und somit die Verletzungsgefahr des unteren Rückens. Insgesamt ist zu beachten, dass der Außenarmzug einerseits die Oberkörperasymmetrie verstärkt, andererseits die Stemmbrettkraft des Innenbeins in Vortriebsebene reduziert und die Asymmetrie der unteren Extremitäten mindert.

Schlüsselwörter:  Biomechanik, Technikoptimierung, Rudertechnik,
Riemenrudern

SUMMARY

In contrast to sculling, sweep-rowing requires an asymmetric, two-handed pull on the oar. The outside hand holds the end of the handle, the inside hand is nearer the oar. The body-side was described correspondingly as nonoarside or oarside. The study investigated the effect of oarside- and nonoarside-arm draw on pull-direction, the handle force (longitudinal and normal) and the one-dimensional stretcher-force in the propulsive plane from the oarside- and nono-arside-leg amongst junior oarsmen (N=24) in cox'less fours. Variations in movement of two-handed rowing versus with the nonoarside- or oarside hand and two-handed rowing with a dominant nonoarside- or oarside-arm pull were compared in two field tests with variance-analysis. Both field tests reflected the dominance of the nonoarside-arm draw in higher tan-gential (14%) and smaller longitudinal (11%) forces and advantageous draw-angle (2.7%) on the handle with lower stretcher-force in the propulsive plane (25%). The dominance was expected as the nonoarside-hand has a longer lever and at the start of the drive draws tan-gentially more strongly than the oarside-hand. In on-water training at the start of the drive tan-gential force can be maximised, and the longitudinal force minimised, by a dominant nonoarside-arm draw. The rotation in sweep-rowing increases the torsional and lateralbending-load, and thus the risk of injury of the lower-spine. Overall, the nonoarside-arm draw enforces the trunk-asymmetry. But, the inside-leg stretcher-force in pull-direction is reduced and de-creases the lower-extremities-asymmetry.

Key Words: biomechanics, technique optimisation, rowing technique,
sweep-oar rowing

EINLEITUNG

Im Rennrudern wird zwischen Riemen und Skullen unterschieden. Beim Riemenrudern zieht der Athlet mit beiden Händen am Ruder (Riemen). Dadurch stellt das Riemenrudern eine asymmetrische Bewegungsform dar. Es wird zwischen Außen- und Innenhand differenziert und diese Bezeichnung für die unilaterale Körperseite übernommen (Außenarm, -schulter und -bein). Die Außenhand fasst am Ende des Innenhebels und die Innenhand in einem Abstand von ca. 30 cm (2,5 handbreit) weiter innen an (6). Aufgrund ihrer Stellung zum Riemen besitzen beide Arme unterschiedliche Zugrichtungen (Abb. 1).
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Das mechanische System der Kraftübertragung ist in der Ruderliteratur umfassend beschrieben (1, 3, 9, 12, 13, 14, 17). Der Sportler kann über drei Wechselwirkungsstellen am Innenhebel, Stemmbrett und Rollsitz direkt Kraft auf das Boot übertragen. Vortrieb für das Gesamtsystem Ruderer/Boot wird dabei nur im Durchzug erzeugt, wenn sich die Ruderblätter im Wasser befinden und die vortriebswirksame Blattkraft die bremsenden Luft- und Wasserwiderstandskräfte sowie die Trägheitskräfte der bewegten Massen (Boot, Sportler bzw. Mannschaft) übersteigt. Dabei hebelt der Ruderer durch seine Kraftabgabe am Innenhebel das Boot in Fahrtrichtung. Es wirkt ein einarmiger Hebel mit Drehpunkt am Blattschwerpunkt und Kraftangriffspunkt am Innenhebel zwischen beiden Händen. Um eine große Hebelwirkung zu erzielen, muss die Kraft am Innenhebel möglichst senkrecht (tangential) eingeleitet werden. Durch die asymmetrische Körperhaltung bei Durchzugsbeginn ist eine vollständige tangentiale Krafteinleitung jedoch nicht erreichbar. Es treten statische Längskräfte auf, die axial am Ruder in Richtung Dolle wirken und somit keinen Anteil an der Hebelwirkung besitzen. Sowohl die Tangential- als auch Längskraft erfordern aber Reaktionskräfte am Stemmbrett. Zur Steigerung der Wirksamkeit der Krafteinleitung müssen folglich die Tangentialkräfte am Innenhebel maximiert und die Längskräfte minimiert werden. Dieser Zusammenhang wurde bereits durch Schwanitz (13) theoretisch begründet und anhand von Modellbetrachtungen (9) gezeigt.
Tabelle 1: Klick zum Vergrößern:
Tabelle 1 Übersicht über die drei Stichproben, Leichtgewicht (LG), Schwergewicht (SG), Körperhöhe (KH), Körpermasse (KM), Mittelwert ± Standardabweichung, N=24.
Im Riemenrudern bestehen in der Vorlageposition und der frühen Phase des Durchzuges Asymmetrien (6, 8, 11, 14), die mit einer axialen Rotation und lateralen Beugung des Oberkörpers zur Dollenseite hin assoziiert sind (7, 16). In der Vorlageposition befindet sich der gestreckte Außenarm zwischen den Knien, das Innenbeinknie ist ein wenig stärker gebeugt als das Außenbeinknie und es besteht die Tendenz den Beinstoß stärker mit dem Innenbein zu beginnen (11). Ein unterschiedliches Kraftverhalten von Innen- und Außenbein wurde bereits von einigen Autoren beschrieben (10, 14). Aktuelle Befunde referierten Smith und Draper, die im Zweier ohne fanden, dass die Stemmbrettkraft des Innenbeins in der Durchzugsphase eine initial größere Amplitude aufweist, das Kraftmaximum früher als das Außenbein realisiert, aber die Stemmbrettkraft des Außenbeins ca. 20% größere Maxima erreicht (14). Aus orthopädischer Sicht können hohe Umfänge repetitiver asymmetrischer Beinbewegungen mit entsprechenden mechanischen Belastungsprofilen jedoch Beckenasymmetrien und in deren Folge Distorsionen der Wirbelsäule induzieren (5).

PROBLEM- UND ZIELSTELLUNG

Über den Innen- und Außenhandzug kann direkt Einfluss auf die Zugrichtung am Innenhebel genommen werden (9, 13), jedoch ist die Wirkung auf die Kräfte am Innenhebel (zweidimensional) und Stemmbrettkraft (eindimensional in Vortriebsebene) noch nicht hinreichend geklärt.
Mit der Studie wurde untersucht, wie durch verändertes Bewegungsverhalten die Zugrichtung, die Längs- und Tangentialkraft am Innenhebel sowie die entgegen der Fahrtrichtung wirkendende Stemmbrettkraft von Innen- und Außenbein beeinflusst werden. Es wurde angenommen, dass durch den Außenarmzug eine zweckmäßigere Krafteinleitung (höhere Tangential- und kleinere Längskraft mit größerem Zugrichtungswinkel) am Innenhebel erfolgt und sich die Stemmbrettkraft in Vortriebebene von Innen- und Außenbein verändert.

MATERIAL UND METHODEN

Unter Feldtestbedingungen wurde der Zug am Innenhebel bewusst variiert, um den Einfluss der Bewegungsvarianten auf die abhängigen Variablen resultierende Zugkraft, Normalkraft, Längskraft und Zugrichtungswinkel am Innenhebel sowie die Stemmbrettkraft in Vortriebsebene des Innen- und Außenbeins zu untersuchen (Tab. 2).
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Sieben Boote (4-) mit männlichen Nachwuchskaderathleten (C-D-Kader) des Deutschen Ruderverbandes bzw. Landeskadern aus Hamburg und Berlin wurden einbezogen. Durch die doppelte Testung von vier Athleten resultierte eine Auswertestichprobe von 24 Ruderern (Tab. 1).
Nach dem gewohnten Einfahrprogramm umfasste die Messserie in Hamburg die Bewegungsvarianten (jeweils 10 Ruderschläge):
1.  Gewohntes beidarmiges Rudern
2.  Einarmiges Rudern nur mit dem Außenarm
3.  Einarmiges Rudern nur mit dem Innenarm
Im Unterschied wurde in der Berliner Messserie beidhändiges Rudern mit dominantem Außen- vs. Innenarmzug im Vergleich zur
Baseline überprüft. Das Programm umfasste (jeweils 10 Ruderschläge):
1.  Gewohntes beidarmiges Rudern
2.  Beidarmiges Rudern mit dominantem Außenarmzug
3.  Beidarmiges Rudern mit dominantem Innenarmzug
Mit einer Wassertemperatur von 16-17°, Lufttemperatur von 18-22° und Windgeschwindigkeit von 0 Beaufort lagen unter den Feldtestbedingungen an zwei unterschiedlichen Orten vergleichbare Umweltbedingungen vor.
Zur Datenerhebung wurden ein Satz von vier Messriemen und ein mobiles Messsystem 2010 des Instituts Forschung und Entwicklung von Sportgeräten (FES) Berlin mit einer Messfrequenz von 100 Hz verwendet (2). Die Messriemen konnten auf das gewohnte individuelle Hebelverhältnis eingestellt werden. Die Normalkraft am Innenhebel wurde als Riemenbiegemoment erfasst, wobei eine Biegefeder mit aufgeklebtem Dehnungsmessstreifen (DMS) die Durchbiegung des Riemens proportional zur Krafteinleitung mit einer Auflösung von 0,25 N (Variabilitätskoeffizient im Feldtest, V=3%). registrierte. Die Längskraft wurde über einen Messklemmring mit integriertem DMS gemessen. Der Klemmring war am Messriemen montiert, lag im Durchzug an der Dolle an und ermittelte so die Längskraft mit einer Sensorgenauigkeit von 1,5% (V=6,1%). Scherkraftsensoren, die an den beiden Stemmbretthalterungen angebracht waren, registrierten die Stemmbrettkraft in Vortriebsebene getrennt für das Innen- und Außenbein. Die Aufzeichnung des Ruderwinkels erfolgte mittels Drehpotentiometer mit einer Sensorauflösung von 0,1° (V=1,1%). Ein inertiales Messsystem (MTi-G der Firma Xsens Technologies B.V., Netherlands, Enschede) zeichnete die Bootsgeschwindigkeit mit einer Auflösung von 0,0325 m/s auf.
Zur Auswertung wurden Mittelwerte für den Durch- und Vorderzug über alle Ruderzyklen einer Bewegungsvariante gebildet. Der Durchzug war definiert als Zeitintervall vom Anstieg der Normalkraft am Innenhebel nach der vorderen Ruderwinkelumkehr (ta) bis zum Nulldurchgang der Kraft vor der hinteren Ruderwinkelumkehr. Der Vorderzug reichte von ta bis zu einem Ruderwinkel von 70°. Weitere Kennwerte zeigt Tabelle 2.

Tabelle 3: Klick zum Vergößern
Tabelle 3:Vergleich von Mittelwert±Standardabweichung der Schlagfrequenz (SF), Bootsgeschwindigkeit (vB), Leistung (PFIHND), Tangentialkraft (FIHND), Summenstemmbrettkraft (FSD) im Durchzug (D) und der absoluten Tangentialkraft (FIHNV), Längskraft (FIHLV), relativen Tangentialkraft (FIHNV%) sowie des Zugrichtungswinkels ( FIHV) am Innenhebel und der Summenkraft (FSV), Kraft des Innenbeins (FSIBV), Kraft des Außenbeins (FSABV) am Stemmbrett im Vorderzug (V) der Bewegungsvarianten Baseline, Außenarmzug (AAZ), Innenarmzug (IAZ) der Hamburger Messserie (N=14) sowie dominanter Außenarmzug (dAAZ) und dominanter Innenarmzug (dIAZ) der Berliner Messserie (N=10). Hamburg: p1=Signifikanzniveau Vergleich Baseline versus AAZ, p2=Vergleich Baseline versus IAZ, p3=Vergleich AAZ versus IAZ; Berlin: p1=Signifikanzniveau Vergleich Baseline versus dAAZ, p2=Vergleich Baseline versus dIAZ, p3=Vergleich dAAZ versus dIAZ partielles Eta-Quadrat ( p2).
Der Vergleich der Bewegungsvarianten erfolgte mittels einer Varianzanalyse mit Messwiederholung. Das Signifikanzniveau wurde auf alpha=0,05 festgelegt. Das partielle Eta-Quadrat diente als Maß der Effektstärke (klein>0,08, mittel>0,20, hoch>0,32). Für die paarweisen Vergleiche wurde die geringste signifikante Differenz (LSD) sowie zur Prüfung der Normalverteilung und Varianzhomogenität der Kolmogorov-Smirnov-Test und Levene-Test eingesetzt. Alle Berechnungen erfolgten mit SPSS 15.0, (Chicago, IL, USA).

ERGEBNISSE

Vergleich Baseline, Außenarm- und Innenarmzug
Die Bewegungsvarianten in Hamburg zeigten signifikante Unterschiede bei der Schlagfrequenz, Bootsgeschwindigkeit und Innenhebelleistung mit durchweg hoher Effektstärke mit höheren Werten der Baseline und des Außenarm- vs. Innenarmzuges (Tab. 3). Für den Vorderzug wurde ein signifikanter Haupteffekt der Bewegungsvarianten auf beide Kraftkomponenten und den Zugrichtungswinkel am Innenhebel sowie die Stemmbrettkraft in Vortriebsebene mit hoher Effektstärke festgestellt. Die paarweisen Vergleiche Außen- vs. Innenarmzug erbrachten im Vorderzug signifikante Unterschiede mit höheren Werten beim Zugrichtungswinkel und der Stemmbrettkraft des Außenbeins, aber mit geringeren Werten der Stemmbrettkraft des Innenbeins sowie der Summenstemmbrettkraft beim Außenarmzug. Zudem war beim Außenarmzug die Tangentialkraft tendenziell (p=0,09) größer (Tab. 3).

Vergleich Baseline, dominanter Außenarm- und Innenarmzug
Die Bewegungsvarianten in Berlin zeigten signifikante Unterschiede bei der Schlagfrequenz, Innenhebelgeschwindigkeit und der Bootsgeschwindigkeit mit hoher bis mittlerer Effektstärke. Der signifikante Haupteffekt resultierte dabei ausschließlich aus der Bewegungsvariante dominanter Innenarmzug mit im Durchschnitt höherer Schlagfrequenz, aber geringerer Innenhebelleistung und Bootsgeschwindigkeit (Tab. 3).
Die Bewegungsvarianten übten einen signifikanten Einfluss auf die Tangential- und Längskraft im Vorderzug mit mittlerer bis hoher Effektstärke sowie auf die Stemmbrettkräfte in Vortriebsrichtung von Innen- und Außenbein mit hoher Effektstärke bei vergleichbarer Summenstemmbrettkraft aus.
Die Bewegungsvarianten zeigten signifikante Unterschiede im Vorderzug im Vergleich:

  • Baseline vs. dominanter Außenarmzug mit höheren Werten der Tangential- und Stemmbrettkraft des Außenbeines, aber geringeren Werten der Stemmbrettkraft des Innenbeins beim dominanten Außenarmzug.
  • Baseline vs. dominanter Innenarmzug mit höheren Werten der Stemmbrettkraft des Innenbeins, aber geringeren Stemmbrettkräften des Außenbeins beim dominanten Innenarmzug.
  • dominanter Außenarmzug vs. dominanter Innenarmzug mit höheren Werten der Tangential- und Längskraft sowie der Stemmbrettkraft des Außenbeins, aber geringerer Stemmbrettkraft des Innenbeins beim dominanten Außenarmzug (Tab. 3).

DISKUSSION

Beide Feldtests zeigten die Überlegenheit des Außenarmzugs gegenüber dem Innenarmzug, die sich zusammengefasst in höherer Tangentialkraft bei kleinerer Längskraft und zugleich geringerer Stemmbrettkraft in Vortriebsebene sowie höherer Bootsgeschwindigkeit widerspiegelte. Diese Ergebnisse stützen die Aussage, dass ein dominanter Außenarmzug die Wirksamkeit der Kraftabgabe am Innenhebel steigert, die Stemmbrettkraft in Vortriebsebene reduziert und somit ein erhöhter Vortrieb resultiert. Außerdem wurde festgestellt, dass im Vorderzug eine hohe Längskraft mit hoher Stemmbrettkraft korrespondierte und damit der theoretisch angenommene Zusammenhang von Längs- und Stemmbrettkraft (9, 13) eine empirische Bestätigung fand.
Die Überlegenheit des Außenarmzuges war theoretisch zu erwarten, weil die Außenhand am längeren Hebel (ca. 0,30 m) und im Vorderzug mit günstigerer Zugrichtung, d.h. mehr tangential am Innenhebel zieht als die Innenhand. Kleshnev (9) geht von einer Zugrichtungsdifferenz zwischen Innen- und Außenhand in der Vorlageposition von ca. 10° aus, wobei er für den Winkel zwischen Außenarm und Riemen ca. 70° und zwischen Innenarm und Riemen ca. 60° annimmt. Die mittleren Zugrichtungswinkel im Vorderzug waren jedoch kleiner als die Werte von Kleshnev.
In beiden Messserien zeigten die Bewegungsvarianten eine vergleichbare Wirkung auf die Stemmbrettkraft in Vortriebsebene, wobei in Übereinstimmung mit früheren Untersuchungen (6, 8, 11, 14) eine höhere Stemmbrettkraft des Innenbeins zu Durchzugsbeginn gefunden wurde. Neu war der Befund, dass ein dominanter Außenarmzug die Stemmbrettkraft des Innenbeins reduziert.
Das Rudern mit dem Außen- bzw. Innenarm konnte von allen Probanden gut umgesetzt werden, da beide Varianten keine ungewohnte Übungsform darstellen. Offen muss bleiben, ob dabei eine Bewegungsvariante besser beherrscht wurde. Auch der geforderte dominante Außen- bzw. Innenarmzug wurde hinreichend trennscharf umgesetzt. Zwar trat beim dominanten Außenarmzug eine höhere Tangentialkraft als bei der Baseline auf, aber die Bedingung des dominanten Außenarmzuges wurde trotzdem erfüllt und die wesentlichen Ergebnisse zur Krafteinleitung von Innen- und Außenarm beim einarmigen Rudern wurden reproduziert. Beidarmiges Rudern induziert in der Summe eine höhere Innenhebelleistung und Bootsgeschwindigkeit als einarmiges Rudern, was die Vergleichbarkeit einschränkte.
Limitierungen bestanden in der Untersuchung von ausschließlich Nachwuchsruderern, den Feldtestbedingungen auf zwei verschiedenen Regattastrecken und der noch ausstehenden Test-Retest-Reliabilität. Mit der Längs- und Normalkraftmessung kann zwar die Wirksamkeit der Krafteinleitung eingeschätzt werden, aber die Anteile der jeweiligen Hand (Körperseite) bleiben beim beidhändigen Rudern unbekannt. Zur weiteren Aufklärung wäre die separate Erfassung einer Handkraft notwendig.
Für das Wassertraining leitet sich der Grundsatz ab: im Vorderzug durch dominanten Außenarmzug die Tangentialkraft zu maximieren und die Längskraft zu minimieren. Zur Schulung sollte das Rudern nur mit der Außenhand verstärkt im Wassertraining eingesetzt werden. Da die Rotationsbewegung beim Riemenrudern neben Scher- und Kompressionsbelastungen zusätzlich zu erhöhten Torsions- und lateralen Biegebeanspruchungen mit erhöhter Verletzungsgefahr für die Bandscheiben führt (7), sind höhere Umfänge allmählich aufzubauen. Smoljanovic et. al (15) berichten von signifikant höheren akuten Rückenschmerzen bei Riemenruderern, die in der Saison die Ruderseite wechselten. Die Rotation beim Eindrehen der Außenschulter in der Auslage kann Blockierungen der Zwischenwirbelgelenke sowie akute Rückenbeschwerden begünstigen. Insgesamt ist zu beachten, dass der Außenarmzug einerseits die Oberkörperasymmetrie verstärkt, andererseits die Stemmbrettkraft des Innenbeins in Vortriebsebene reduziert und die Asymmetrie der unteren Extremitäten mindert.

Das Projekt wurde vom Bundesinstitut für Sportwissenschaften unter der Projektnummer IIA1-070814/12 gefördert.

LITERATUR

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Korrespondenzadresse:
Prof. Dr. Klaus Mattes
Institut für Bewegungswissenschaft
Arbeitsbereich Bewegungs- & Trainingswissenschaft
Mollerstraße 2
20148 Hamburg
klaus.mattes@uni-hamburg.de
 
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