Does elastic energy enhance work and efficiency in the stretch-shortening cycle?

(Steigert elastische Energie die Arbeit und die Effiktivität im Streckungs-Verkürzungszyklus?)

This target article addresses the role of storage and reutilization of elastic energy in stretch-shortening cycles. It is argued that for discrete movements such as the vertical jump, elastic energy does not explain the work enhancement due to the prestretch. This enhancement seems to occur because the prestretch allows muscles to develop a high level of active state and force before starting to shorten. For cyclic movements in which stretch-shortening cycles occur repetitively, some authors have claimed that elastic energy enhances mechanical efficiency. In the current article it is demonstrated that this claim is often based on disputable concepts such as the efficiency of positive work or absolute work, and it is argued that elastic energy cannot affect mechanical efficiency simply because this energy is not related to the conversion of metabolic energy into mechanical energy. A comparison of work and efficiency measures obtained at different levels of organization reveals that there is in fact no decisive evidence to either support or reject the claim that the stretch-shortening cycle enhances muscle efficiency. These explorations lead to the conclusion that the body of knowledge about the mechanics and energetics of the stretch-shortening cycle is in fact quite lean. A major challenge is to bridge the gap between knowledge obtained at different levels of organization, with the ultimate purpose of understanding how the intrinsic properties of muscles manifest themselves under in-vivo-like conditions and how they are exploited in whole-body activities such as running. To achieve this purpose, a close cooperation is required between muscle physiologists and human movement scientists performing inverse and forward dynamic simulation studies of whole-body exercises. Der Artikel befaßt sich mit dem Gesamtbereich der Speicherung und Wiedernutzung eleatischer Energie im Streckungs-Verkürzungs-Zyklus. Es wird argumentiert, daß bei diskreten Bewegungen wir dem vertikalen Sprung die elastische Energie nicht die Arbeitssteigerung aufgrund der Vorstreckung erklärt. Diese Steigerung scheint deshalb zu passieren, weil die Vorstreckung den Muskeln es gestattet, ein hohes Niveau des aktiven Status und der Kraft vor dem Beginn der Verkürzung zu erreichen. Hinsichtlich zyklischer Bewegungen, bei denen der Streckungs-Verkürzungs-Zyklus wiederholt auftritt, haben mehrere Autoren behauptet, daß die elastische Energie den mechanischen Wirkungsgrad erhöht. Im vorliegenden Artikel wird demonstriert, daß diese Behautung oftmals auf diskussionswürdigen Konzepten beruht, bspw. des Wirkungsgrades der positiven Arbeit oder der absoluten Arbeit. Es wird argumentiert, daß die elastische Energie nicht den mechanischen Wirkungsgrad beeinflussen kann, weil sie ganz einfach keine Beziehung zur Umwandlung der Stoffwechselenergie in mechanische Energie hat. Ein Vergleich von Messungen der Arbeit und des Wirkungsgrades auf verschiedenen Organisationsniveaus zeigt, daß es tatsächlich keinen entscheidenenden Beleg dafür gibt, um die Aussage zu unterstüptzen oder abzulehnen, daß der Streckungs-Verkürzungs-Zyklus den muskulären Wirkungsgrad verbessert. Diese Untersuchungen führen zur Schlußfolgerung, daß bisher nur wenig Wissen über die Mechanik und die energetischen Prozesse beim Streckungs-Verkürzungs-Zyklus existiert. Es wäre wichtig, sowohl mit in-vivo-ähnlichen Untersuchungen als auch für Ganzkörperbewegungen wie dem Laufen mehr Wissen zu den inneren Eigenschaften der Muskeln zu gewinnen. - leicht gekürztes Autorreferat -
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Bibliographische Detailangaben
Schlagworte:
Notationen:Naturwissenschaften und Technik
Veröffentlicht in:Journal of Applied Biomechanics
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: 1997
Online-Zugang:https://doi.org/10.1123/jab.13.4.389
Jahrgang:13
Heft:4
Seiten:389-415
Dokumentenarten:Artikel
Level:hoch mittel