Studie: "Training mit freien Gewichten erhöht den Hormonspiegel stärker als Training an Geräten"

Hardcore-Bodybuilder schwören seit Jahren darauf: "Freie Gewichte sind effektiver als Training an Fitnessgeräten". Eine aktuelle Studie zeigt tatsächlich, dass Testosteron- und Wachstumshormonspiegel nach einem Training mit freien Gewichten stärker steigen als nach einem vergleichbaren Training an Geräten. Dasselbe gilt für Cortisol, auch wenn dieser Unterschied zu klein ist, um statistisch signifikant zu sein.

Die Studie: Squats erhöhen den Hormonspiegel stärker als Leg Press

Gestern erschien "ahead of print" die Zusammenfassung einer Studie dazu, die demnächst im The Journal of Strength & Conditioning Research veröffentlicht wird (1). Der vollständige Text dieser Studie, geschrieben zur Erlangung eines Masterabschlusses, war jedoch bereits verfügbar (2).

Free weight exercises appear to induce greater hormonal responses to resistance exercise than machine weight exercises utilizing similar lower-body multi-joint movements and primary movers.

A.A. Shaner, University of Texas

In der Einleitung der Studie steht, dass hierzu bisher noch keine Forschung durchgeführt wurde. Das ist an sich bemerkenswert, da dies ein häufig wiederkehrender Diskussionspunkt ist.

Der Forscher gibt an, untersuchen zu wollen, welche unterschiedlichen direkten Effekte Widerstandstraining mit freien Gewichten und Geräten auf Testosteron, Wachstumshormon und Cortisol hat.

Aufbau der Studie

Die Forschenden ließen 10 trainierte Männer 6 Sätze mit 10 Wiederholungen Squats und Leg Press bei vergleichbarer Intensität ausführen. Die Wiederholungen wurden mit einer Intensität von 80% des sogenannten 1RM durchgeführt, also des maximalen Gewichts, mit dem sie eine Wiederholung schaffen konnten. Dieses 1RM war in zwei früheren Sitzungen für beide Übungen bestimmt worden. Zwischen den verschiedenen Übungen lag eine Woche Pause.

Sie maßen die Blutwerte zu vier verschiedenen Zeitpunkten: direkt vor und nach dem Training sowie 15 und 30 Minuten nach dem Training. Dabei maßen sie Testosteron, Wachstumshormon und Cortisol. Außerdem erfassten sie Dinge wie Herzfrequenz, Veränderungen des Plasmavolumens und die von den Männern wahrgenommene Ermüdung.

Testosteron, Squat vs. Leg Press

Hier siehst du die Unterschiede. Die Forschenden sahen, dass Testosteron direkt nach dem Training mit Squats um gut 31% gestiegen war, gegenüber fast 22% nach Leg Presses. Dieser Unterschied wurde kleiner, je mehr Zeit verstrich, und nach einer halben Stunde gab es keinen Unterschied mehr.

Wachstumshormon, Squat vs. Leg Press

Beim Wachstumshormon sahen sie ebenfalls einen größeren Anstieg nach den Squats als nach der Leg Press. Nach Squats war der Wachstumshormonspiegel um 4650% gestiegen. Nach der Leg Press waren es "nur" 833%. Im Gegensatz zu Testosteron war der Unterschied beim Wachstumshormon nach einer halben Stunde noch immer groß.

Cortisol, Squat vs. Leg Press

Wachstumshormon und Testosteron wirken beide anabol. Das bedeutet, dass sie den Körper anweisen, aus verfügbaren Mitteln, den Aminosäuren im Blut, Gewebe wie Muskeln aufzubauen. Cortisol wirkt dagegen katabol und baut Muskelgewebe ab, um diese Mittel für Energie freizusetzen. Für Muskelwachstum bedeutet ein optimales Cortisol/Testosteron-Verhältnis, dass Cortisol niedrig und Testosteron hoch ist (3).

Der Forscher verweist in dieser Hinsicht selbst bereits auf verschiedene Studien, die zeigen, dass Cortisol direkt nach schweren Belastungen steigt, bei denen große Muskelgruppen beteiligt sind (4 bis 9), und dass ein positiver Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der Belastung und dem Anstieg von Cortisol besteht (10 bis 13).

Der Forscher betrachtete deshalb auch, welchen Effekt Squats und Leg Press auf Cortisol hatten. Sie sahen, dass Cortisol nach den Squats stärker stieg als nach der Leg Press, dass dieser Unterschied aber statistisch nicht signifikant war, also möglicherweise durch Zufall verursacht.

Anmerkungen zur Studie

Als ich nur die Zusammenfassung gelesen hatte, hatte ich einige zurückhaltende Anmerkungen zur Studie und zur Schlussfolgerung. Im vollständigen Bericht ist jedoch zu lesen, dass sich der Forscher dieser Probleme bewusst ist. Dann bleibt nur die Frage, warum der Aufbau der Studie nicht geändert wurde, um diese Einwände zu vermeiden.

Freie Gewichte vs. Gerät: Squats und Leg Press sind nicht vergleichbar

Wenn du den Effekt des Trainings mit freien Gewichten mit dem Training an einem Gerät vergleichen möchtest, solltest du versuchen, zwei Übungen zu finden, die wirklich vergleichbar sind.

Die Schlussfolgerung des Forschers passt in dieser Hinsicht, meiner Meinung nach, nicht zu dem, was er selbst im vollständigen Bericht schreibt (2). In der Schlussfolgerung schreibt er nämlich, dass Squats und Leg Press vergleichbare Übungen sind: "utilizing similar lower-body multi-joint movements and primary movers."

Das stimmt jedoch nicht. Vor allem der untere Rücken wird beim Squat zum Beispiel viel stärker eingesetzt als bei der Leg Press. Der Forscher nennt den unteren Rücken nicht ausdrücklich, verweist aber auf Forschung, aus der hervorgeht, dass beim Squat mehr Muskelmasse eingesetzt wird (14) und dass dies zu einem stärkeren Anstieg von Testosteron führt (15).

Stattdessen hätte die Leg Press zum Beispiel mit einer "Squatmaschine" verglichen werden können, vorzugsweise einer, bei der der Rücken nicht unterstützt wird, sodass er sich wie beim Squat in einem freien Winkel nach vorn und zurück bewegen kann.

Versteh mich nicht falsch. Es ist sehr interessant zu wissen, was der Unterschied zwischen Squats und Leg Press ist. Es gibt viele Menschen, die Squats schlicht hassen, weil sie die Übung schwierig finden, etwa wegen der Hantelstange im Nacken und der Balance. Für sie ist es hilfreich, auf die Vorteile des Squats hinzuweisen, wie sie in solchen Studien gezeigt werden. Ich denke jedoch, dass es zu weit geht, die Schlussfolgerung auf den Unterschied zwischen freien Gewichten und Geräten im Allgemeinen auszuweiten.

Auffällig ist übrigens, dass zwar bestätigt wird, dass die Gesamtbelastung beim Squat größer war als bei der Leg Press, die Studienteilnehmenden aber keinen Unterschied in der Ermüdung nach beiden Übungen erlebten.

Unterschiede pro Übung

Daneben hätte ich auch gern einen Vergleich zwischen zwei Übungen gesehen, freien Gewichten und Gerät, die auf eine andere, kleinere Muskelgruppe ausgerichtet sind. Wie gesagt steigt Testosteron stärker, wenn mehr Muskelmasse eingesetzt wird. Es ist also möglich, dass dieser Unterschied im Hormoneffekt zwischen freien Gewichten und Gerätetraining deutlich kleiner ist, wenn zum Beispiel der Bizeps betrachtet wird.

Aber fair ist fair: Der Forscher gibt an, dass seine Studie speziell etwas über Verbundübungen für den Unterkörper aussagt, also Übungen, bei denen mehrere Muskelgruppen beteiligt sind. Er selbst zieht die Schlussfolgerungen also auch nicht auf das Training mit freien Gewichten und Geräten im Allgemeinen durch.

Kleine Stichprobe

Schließlich sind zehn Teilnehmende eine sehr kleine Gruppe, um Schlussfolgerungen daraus zu ziehen. Persönliche Unterschiede werden einen größeren Einfluss haben, und die Chance, dass die ausgewählten Personen nicht repräsentativ sind, ist relativ groß.

Und andere Studien?

Die Tatsache, dass der Forscher sagt, es seien keine früheren vergleichbaren Studien durchgeführt worden, bedeutet natürlich nicht, dass ich nicht danach gesucht habe. Selbst konnte ich tatsächlich keine veröffentlichte, peer-reviewed, also von Fachleuten begutachtete, Studie finden. Ich fand jedoch eine Studie aus dem Jahr 2008, die ebenso wie die Studie zum Vergleich von Squats und Leg Press zur Erlangung des Titels Master of Science geschrieben wurde (16).

Ein Forscher der University of Saskatchewan wollte ebenfalls den Unterschied zwischen dem Effekt von freien Gewichten und Training an Geräten untersuchen. Er betrachtete ebenfalls Testosteron und Cortisol, aber nicht Wachstumshormon. Daneben betrachtete er Zuwächse an Muskelkraft und Muskelmasse. Außerdem verglich er Squats mit einer Hantelstange mit Squats an einer Smith Machine, was bereits vergleichbarer ist als die Leg Press. Daneben verglich er Bankdrücken an einem Gerät mit Bankdrücken mit Hantelstange, beide in verschiedenen Winkeln: flach, incline und decline. Bent over barbell row verglich er mit der Hammerstrength seated row. Klimmzüge wurden mit dem Technogym lat pulldown verglichen, und zwei verschiedene Übungen für den Trizeps wurden verglichen: Supine elbow extension, eine Art Skullcrusher mit Kurzhanteln, und Kickbacks wurden mit Technogym machine triceps press-down und rope press-down (Life Fitness) verglichen. Er verglich also Übungen für Brust, Rücken und Trizeps.

Auch er sah einen größeren Anstieg von Testosteron und Cortisol nach dem Training mit freien Gewichten, also ein höheres Testosteron/Cortisol-Verhältnis. Auffällig ist, dass er entgegen der Erwartung keinen Unterschied in der Zunahme von Muskelmasse zwischen Training mit freien Gewichten und Geräten sah.

The major finding of this study is that the free weight training group and the machine training group both had significant increases in muscle thickness and strength with no differences between groups. These findings do not support our hypothesis that the group training with free weights would experience greater gains in muscle mass and strength....

....The second major finding is that the males training with free weights experienced a significant acute increase in testosterone from pre to post workout when averaged over the three acute hormone collection workouts

S. Schwanbeck,  University of Saskatchewan Saskatoon

Als mögliche Ursache für den fehlenden Zuwachs an Muskelmasse bei den Teilnehmenden, sowohl Frauen als auch Männern, sieht er selbst, dass es trainierte Menschen waren, die möglicherweise bereits ihre Grenze erreicht hatten. Das passt jedoch nicht zum hohen Dropout-Anteil von gut 21% der Menschen, die Schwierigkeiten hatten, zwei Tage zu trainieren und danach einen Tag zu pausieren. Sportler, die ihre Grenze erreicht haben, sind normalerweise gewohnt, so häufig zu trainieren. Wenn die Aussteiger repräsentativ für die Trainingserfahrung des Rests waren, ist das Erreichen einer Grenze unwahrscheinlich. Andererseits kann es auch bedeuten, dass nur die erfahreneren Sportler übrig blieben, die tatsächlich bereits in der Nähe ihrer Grenze lagen.

Als Einschränkung der Studie nennt er selbst die begrenzte Zahl von 36 Teilnehmenden, 46 minus 10 Aussteiger, was dennoch bereits mehr ist als in der Studie, mit der ich diesen Artikel begonnen habe.

Unterschiede zwischen Männern und Frauen

Die Zahl der Teilnehmenden muss jedoch auf Männer und Frauen verteilt werden, wodurch die Größe der Stichprobe pro Gruppe kleiner ausfällt (15 Männer, 21 Frauen). Angesichts der Unterschiede zwischen den Geschlechtern, wie unter anderem aus dieser Studie hervorging, müssen die Unterschiede zwischen freien Gewichten und Geräten nämlich pro Geschlecht betrachtet werden.

Gleichzeitig bietet dies, wie gesagt, Einblick in die Unterschiede, wie Männer und Frauen auf Training mit freien Gewichten einerseits und mit Geräten andererseits reagieren. So zeigte sich unter anderem, dass bei Männern das Testosteron/Cortisol-Verhältnis direkt nach dem Training zunahm, gemittelt über alle Trainingsarten, sowohl freie Gewichte als auch Gerät. Testosteron stieg also verhältnismäßig stärker als Cortisol. Bei Frauen war dies kaum der Fall.

Freie Gewichte oder Training an Geräten: Was macht den Unterschied?

Ich denke, in der Studie wurde die falsche Frage gestellt. Es geht nämlich nicht so sehr um den Unterschied zwischen freien Gewichten oder Training an einem Gerät. Beide sind nur die Anwendung zweier unterschiedlicher Trainingsprinzipien: Training durch Verbundübungen einerseits und Isolationsübungen andererseits.

Wie ich bereits sagte, ist relevant, welche Übungen verglichen werden. Wie vergleichbar sind die Übungen für einen Vergleich zwischen Gerät und freien Gewichten? Je klüger ein Gerät die freie Bewegung von freien Gewichten simuliert, desto nutzloser wird das Messen der Unterschiede eigentlich. Höchstens interessant für einen Hersteller, der zeigen will, dass sein Squatgerät das einzige ist, das wirklich mit Squats mit Hantelstange vergleichbar und zugleich sicher genug ist, damit deine Oma damit trainieren kann.

Studien wie diese zeigen für mich erneut die Vorteile von Verbundübungen. Übungen, bei denen mehrere Muskelgruppen gleichzeitig beteiligt sind, wodurch die größere gesamte eingesetzte Muskelmasse für mehr Hormonbildung sorgt.

Isolationsübungen sind dagegen ein sehr effektives Mittel, um sicherzustellen, dass die Muskelgruppen, die du an diesem Tag trainierst, wirklich bis zum Äußersten trainiert werden. Leg Extensions zum Beispiel vor oder nach dem Squat, damit die Quadrizeps das Fitnessstudio an diesem Tag müder verlassen als der untere Rücken.

Du solltest solche Studien meiner Ansicht nach daher nicht mit dem Ziel lesen, zu entscheiden, was nun die beste Art zu trainieren ist. In der Praxis führt die Anwendung mehrerer Trainingsprinzipien zum Erfolg. Es ist jedoch hilfreich zu wissen, warum diese Prinzipien funktionieren, damit du sie zu deinem Vorteil nutzen kannst.

Referenzen

1. Shaner, Aaron A. et al. The acute hormonal response to free weight and machine weight resistance exercise. Journal of Strength & Conditioning Research:POST ACCEPTANCE, 22 November 2013. doi: 10.1519/JSC.0000000000000317
2. http://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc149661/m2/1/high_res_d/thesis.pdf
3. Hayes LD, Bickerstaff GF, Baker JS. Interactions of cortisol, testosterone, and resistance training: influence of circadian rhythms. Chronobiol Int. 2010 Jun;27(4):675-705. doi: 10.3109/07420521003778773.
4. Guezennec, Y., Leger, L., Lhoste, F., Aymonod, M., & Pesquies, P. C. (1986). Hormone and metabolite response to weight-lifting training sessions. International Journal of Sports
5. Medicine, 7(2), 100-105.
6. Haekkinen, K., Pakarinen, A., Alen, M., Kauhanen, H., & Komi, P. V. (1988). Neuromuscular and hormonal responses in elite athletes to two successive strength training sessions in one day. European Journal of Applied Physiology & Occupational Physiology, 57(2), 133-139.
7. Kraemer, W. J., Fry, A. C., Warren, B. J., Stone, M. H., Fleck, S. J., Kearney, J. T., & Triplett, N. T. (1992). Acute hormonal responses in elite junior weightlifters. International Journal of Sports Medicine, 13(2), 103-109.
8. Kraemer, W. J., Gordon, S. E., Fleck, S. J., Marchitelli, L. J., Mello, R., Dziados, J. E., & Fry, A. C. (1991). Endogenous anabolic hormonal and growth factor responses to heavy resistance exercise in males and females. International Journal of Sports Medicine, 12(2), 228-235.
9. Kraemer, W. J., Hakkinen, K., Newton, R. U., Nindl, B. C., Volek, J. S., McCormick, M., & Evans, W. J. (1999). Effects of heavy-resistance training on hormonal response patterns in younger vs. older men. Journal of Applied Physiology, 87(3), 982-992. 26. Kraemer, W. J., Marchitelli, L., Gordon, S. E., Harman, E., Dziados, J. E., Mello, R., & Fleck, S. J. (1990). Hormonal and growth factor responses to heavy resistance exercise protocols. Journal of Applied Physiology, 69(4), 1442-1450.
10. McCall, G. E., Byrnes, W. C., Fleck, S. J., Dickinson, A., & Kraemer, W. J. (1999). Acute and chronic hormonal responses to resistance training designed to promote muscle hypertrophy. Canadian Journal of Applied Physiology, 24(1), 96-107.
11. Gotshalk, L. A., Loebel, C. C., Nindl, B. C., Putukian, M., Sebastianelli, W. J., Newton, R. U., & Kraemer, W. J. (1997). Hormonal responses of multiset versus single-set heavy-resistance exercise protocols. Canadian Journal of Applied Physiology, 22(3), 244-255.
12. Häkkinen, K., & Pakarinen, A. (1993). Acute hormonal responses to two different fatiguing heavy-resistance protocols in male athletes. Journal of Applied Physiology, 74(2), 882-887.
13. Hansen, S., Kvorning, T., Kjaer, M., & Sjogaard, G. (2001). The effect of short-term strength training on human skeletal muscle: The importance of physiologically elevated hormone levels. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 11(6), 347-354.
14. Schwab, R., Johnson, G. O., Housh, T. J., Kinder, J. E., & Weir, J. P. (1993). Acute effects of different intensities of weight lifting on serum testosterone. Medicine and Science in Sports and Exercise, 25(12), 1381-1385.
15. Walker, S., Taipale, R. S., Nyman, K., Kraemer, W. J., & Hakkinen, K. (2011). Neuromuscular and hormonal responses to constant and variable resistance loadings. Medicine and Science in Sports and Exercise, 43(1), 26-33
16. Smilios, I., Pilianidis, T., Karamouzis, M., & Tokmakidis, S. P. (2003). Hormonal responses after various resistance exercise protocols. Medicine and Science in Sports and Exercise, 35(4).
17. Shane Ronald Schwanbeck. The Effects of Training with Free Weights or Machines on Muscle Mass, Strength, and Testosterone and Cortisol Levels. A Thesis Submitted to the College of Graduate Studies and Research in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in the College of Kinesiology University of Saskatchewan Saskatoon 2008