Der Faktor Motivation gilt in zunehmendem Maße dem verstärkten
Gesundheitsbewusstsein und dem Bestreben, durch gesteigerte körperliche Aktivität eine Verbesserung der (kardiopulmonalen und metabolischen) Fitness zu erreichen.
Eine zunehmende Professionalisierung im Leistungssport hat eine immer größere Einbeziehung von verschiedenen Fachgebieten in den Sport mit gefördert. So liefert die Sportmedizin einen wesentlichen Beitrag in der Sportwissenschaft. Dazu zählen nicht nur die Verletzungs- und Rehabilitationsmaßnahmen, sondern auch der Bereich der Leistungsdiagnostik ist hier maßgeblich zu erwähnen. Gerade im heutigen
Computerzeitalter sind in diesem Bereich der Sportmedizin große Fortschritte zu verzeichnen.
Dies betrifft auch das Gebiet der Spiroergometrie, die seit Beginn des 20. Jahrhunderts insbesondere durch neue technische Möglichkeiten enorm
weiterentwickelt wurde. Mit Hilfe der sportmedizinischen trainingsbegleitenden Leistungsdiagnostik sollen möglichst präzise und detaillierte Aussagen über den Stand und die Entwicklung der allgemeinen und speziellen körperlichen Leistungsfähigkeit eines Sportlers gemacht werden. Auch sollen sportartspezifische Informationen zur optimalen Trainingsgestaltung gewonnen und unter Umständen auch Leistungsprognosen erstellt werden (WEINECK, 2004). Dies ist besonders gut durch eine Kombination von geeigneten Labor- und Felduntersuchungen möglich.
Einen Beitrag zur Optimierung des Trainingsprozesses soll die vorliegende Testreihe hinsichtlich Sauerstoffaufnahme und Herzfrequenz bei Laufbelastungen im Freien und auf dem Laufband leisten. Hier wird ein Vergleich mittels spiroergometrischer Messverfahren zwischen den Testergebnissen auf dem Laufband und im Freien während den jeweiligen Belastungsstufen vorgenommen. Dabei soll herausgestellt werden, ob es bei den verschiedenen Arten der Laufbeanspruchung Unterschiede gibt und wenn das der Fall ist, welche Differenzen treten dabei auf.
In der sportmedizinischen Praxis kommt es darauf an, welchen praktischen Nutzen man für das sportliche Training erzielen kann. Im Hinblick auf die Trainingssteuerung des Lauftrainings soll mit dieser Studie eine Übertragbarkeit vom Laufen auf dem Laufband auf die Laufbelastung im Freien untersucht werden. Ist es möglich eine Laufbelastung auf dem Ergometer auf die gleiche Belastung in freier Natur zu übertragen?
Inhaltsverzeichnis
1 Abkürzungsverzeichnis
2 Einleitung
3 Wissenschaftliche Grundlagen
3.1 Funktions- und Leistungsdiagnostik
3.2 Ausdauer
3.2.1 Atmungssystem
3.2.2 Energiestoffwechsel
3.2.3 Herz-Kreislauf-System
3.3 Untersuchungsparameter
3.3.1 Sauerstoffaufnahme
3.3.2 Herzfrequenz
3.4 Abgeleitete Parameter
3.4.1 Atemäquivalent
3.4.2 Sauerstoffpuls
3.4.3 Respiratorischer Quotient
3.4.4 Atemminutenvolumen
3.5 Testverfahren
3.5.1 Anforderungen an die Testverfahren
3.5.2 Leistungsdiagnostik im Feld
3.5.3 Leistungsdiagnostik im Labor
3.6 Die Untersuchungssportart: Laufen
3.7 Leistungslimitierende Faktoren
3.7.1 Umwelteinflüsse
3.7.2 Individuelle Aspekte
3.7.3 Tageszeit
3.7.4 Genussmittel
3.8 Physikalische Grundlagen der Ergometrie
4 Fragestellung/Hypothesen
5 Methodik
5.1 Probanden
5.2 Versuchsablauf
5.3 Kriterien der Ausbelastung
5.3.1 Objektive Ausbelastungskriterien
5.3.2 Subjektives Belastungsempfinden
5.3.3 Abbruchkriterien bei der Ergometrie
5.4 Messgeräte
5.4.1 Spiroergometrie
5.4.2 Laufbandergometer
5.5 Belastungsschema
5.6 Statistische Methoden
5.6.1 Beschreibende Statistik
5.6.2 Analytische Statistik: Wilcoxon-Test
6 Ergebnisse
6.1 Anthropometrische Datenerfassung
6.2 Überprüfung der Ausbelastungskriterien
6.2.1 Subjektive Kriterien
6.2.2 Objektive Kriterien
6.3 Vergleich der Sauerstoffaufnahme
6.4 Vergleich der Herzfrequenz
7 Diskussion
8 Fallbeispiele
9 Kritik
10 Ausblick
11 Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Anhang
1 Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
2 Einleitung
Laufen, der natürlichste Bewegungsablauf des Menschen, fasziniert und begeistert schon seit mehreren tausend Jahren. Nicht erst seit dem die Sportart Laufen sich gegen Ende des letzten Jahrhunderts zu einem regelrechten „Laufboom“ entwickelt hat, sondern auch bereits im alten Griechenland bemühten sich die Athleten bei den antiken olympischen Spielen um den Rang des schnellsten Läufers.
Nach Überlieferungen gehört der Kurzstreckenlauf seit 776 v. Chr. zu den bedeutendsten Disziplinen. Die Wichtigkeit des Laufens wird auch dadurch unterstrichen, dass bei späteren olympischen Spielen weitere Laufdisziplinen wie Staffellauf, Waffenlauf oder Langstreckenlauf hinzukamen (BOHUS, 1986). Die Laufkunst galt als etwas Besonderes; nicht umsonst trug der Held Achilleus der griechischen Sage nach den Beinamen „der Schnellfüßige“. (RÖCKER et al., 1994). Auch heute stehen Olympiasieger im 100m-Lauf oder Marathonlauf im Fokus der Öffentlichkeit.
Die Entwicklung zum heutigen Laufsport begann mit den ersten olympischen Spielen der Neuzeit 1896. Zu Beginn der 70er Jahre erfasste die Begeisterung für den Laufsport, insbesondere den Langstreckenlauf, auch breitere Schichten der Bevölkerung. Während 1970 in den USA noch zwei Millionen Läufer gezählt wurden, lagen die Angaben 1980 schon bei etwa 30 Millionen. Besonders auffällig in den letzten Jahren ist, dass auch in Europa im Rahmen der Fitnesswelle die Laufbewegung zugenommen hat (RÖCKER et al., 1994).
Der Faktor Motivation gilt in zunehmendem Maße dem verstärkten Gesundheitsbewusstsein und dem Bestreben, durch gesteigerte körperliche Aktivität eine Verbesserung der (kardiopulmonalen und metabolischen) Fitness zu erreichen. Eine zunehmende Professionalisierung im Leistungssport hat eine immer größere Einbeziehung von verschiedenen Fachgebieten in den Sport mit gefördert. So liefert die Sportmedizin einen wesentlichen Beitrag in der Sportwissenschaft. Dazu zählen nicht nur die Verletzungs- und Rehabilitationsmaßnahmen, sondern auch der Bereich der Leistungsdiagnostik ist hier maßgeblich zu erwähnen. Gerade im heutigen Computerzeitalter sind in diesem Bereich der Sportmedizin große Fortschritte zu verzeichnen.
Dies betrifft auch das Gebiet der Spiroergometrie, die seit Beginn des 20. Jahrhunderts insbesondere durch neue technische Möglichkeiten enorm weiterentwickelt wurde.
Mit Hilfe der sportmedizinischen trainingsbegleitenden Leistungsdiagnostik sollen möglichst präzise und detaillierte Aussagen über den Stand und die Entwicklung der allgemeinen und speziellen körperlichen Leistungsfähigkeit eines Sportlers gemacht werden. Auch sollen sportartspezifische Informationen zur optimalen Trainingsgestaltung gewonnen und unter Umständen auch Leistungsprognosen erstellt werden (WEINECK, 2004). Dies ist besonders gut durch eine Kombination von geeigneten Labor- und Felduntersuchungen möglich.
Es lässt sich somit festhalten, dass Trainingsplanung, Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung eng miteinander verbunden sind. Auf der Grundlage der Trainingsplanung, unter Zuhilfenahme leistungsdiagnostischer Verfahren, versucht die Steuerung des Trainings über ein situationsangepasstes Planen und Lenken, Kontrollieren und Auswerten individuell abgestimmter Trainings- und Wettkampfbelastungen zielgerichtet von einem gegebenen Ist-Wert zu einem angestrebten Soll-Wert zu führen (WEINECK, 2004).
Einen Beitrag zur Optimierung des Trainingsprozesses soll die vorliegende Testreihe hinsichtlich Sauerstoffaufnahme und Herzfrequenz bei Laufbelastungen im Freien und auf dem Laufband leisten. Hier wird ein Vergleich mittels spiroergometrischer Messverfahren zwischen den Testergebnissen auf dem Laufband und im Freien während den jeweiligen Belastungsstufen vorgenommen. Dabei soll herausgestellt werden, ob es bei den verschiedenen Arten der Laufbeanspruchung Unterschiede gibt und wenn das der Fall ist, welche Differenzen treten dabei auf.
In der sportmedizinischen Praxis kommt es darauf an, welchen praktischen Nutzen man für das sportliche Training erzielen kann. Im Hinblick auf die Trainingssteuerung des Lauftrainings soll mit dieser Studie eine Übertragbarkeit vom Laufen auf dem Laufband auf die Laufbelastung im Freien untersucht werden. Ist es möglich eine Laufbelastung auf dem Ergometer auf die gleiche Belastung in freier Natur zu übertragen?
3 Wissenschaftliche Grundlagen
Im folgenden Kapitel sollen die wissenschaftlichen Grundlagen erläutert werden, die für die Untersuchung wichtig sind. Zunächst werden die Begriffe Funktions- und Leistungsdiagnostik beschrieben. Es folgen die physiologischen Abschnitte, in denen die Ausdauer, das Atmungssystem und die Energiebereitstellung beschrieben werden. Anschließend werden die für die Untersuchung wichtigen Hauptparameter angeführt und durch die Nebenparameter ergänzt. Außerdem wird auf die sportliche Disziplin Laufen eingegangen. Des weiteren werden leistungslimitierende Faktoren, die einen Einfluss auf die Testreihe haben könnten, näher betrachtet. Im letzten Unterabschnitt werden physikalische Gesetzmäßigkeiten im Zusammenhang mit der Ergometrie aufgeführt.
3.1 Funktions- und Leistungsdiagnostik
In unserer Gesellschaft trägt der Sport wesentlich zur Persönlichkeitsentwicklung der Menschen bei. Es gilt, die erbrachten Leistungen zu optimieren und zu steigern. Dazu bedarf es der Feststellung der Leistungsvoraussetzungen und der kontinuierlichen Ermittlung der sportlichen Leistungsfähigkeit mittels geeigneter Methoden und Verfahren.
Die sportmedizinische Funktionsdiagnostik umfasst wissenschaftlich begründete Routineverfahren zur Untersuchung und Beurteilung einer oder mehrerer organismischer Komponenten der Leistungsfähigkeit, der Funktionsfähigkeit und/oder der Gesundheit. In Ergänzung dazu dient die Leistungsdiagnostik zur Prüfung des individuellen motorischen Fähigkeits- und Fertigkeitsprofils.
Die Ziele der Funktionsdiagnostik bestehen darin, den Funktionszustand des Organismus und seiner Teile im Zusammenhang mit sportlichen Belastungen beurteilen zu können. Um das organismische Funktionsverhalten bei motorischen Leistungen erfassen zu können, muss eine klare Belastungs-Messgrößen-Korrelation vorausgesetzt werden (KOINZER, 1995).
Die Leistungsdiagnostik ist als ein Bereich der Funktionsdiagnostik zu verstehen. Bei der sportlichen Leistungsdiagnose geht es um das Erkennen und Beurteilen des individuellen Niveaus der sportlichen Leistung oder des sportlichen Leistungszustandes (RÖTHIG/PROHL, 2003). Die Leistungsdiagnostik basiert auf Kennwerten, Kennlinien und Merkmalen des Leistungsvollzuges sowie Kennwerten der wesentlichen Leistungsvoraussetzungen (SCHNABEL et al, 1994). In der vorliegenden Arbeit wurde mittels Spiroergometrie die maximale und submaximale Leistungsfähigkeit der einzelnen Probanden erfasst. Es wurden die Laufleistungen in den verschiedenen Belastungsbereichen im Freien mit denen auf dem Laufband verglichen und bezüglich der Übertragbarkeit von einer auf die andere Belastungsart überprüft.
Die Spiroergometrie ist ein Verfahren, mit dem sich qualitativ und quantitativ Reaktionen von Herz, Kreislauf, Atmung und Stoffwechsel während muskulärer Arbeit sowie die kardiopulmonale Belastbarkeit beurteilen lassen. Über die kontinuierliche Messung von Atemstromstärke, Sauerstoffaufnahme, Kohlendioxidabgabe und Herzfrequenz lassen sich die Limits der Leistungsfähigkeit und eine Differenzierung leistungslimitierender Systeme erarbeiten (WONISCH et al., 2003). Bei der Spiroergometrie handelt es sich um die Kopplung der beiden Untersuchungsverfahren Ergometrie und Gasstoffwechseluntersuchung (Spirometrie) (BADTKE, 1995). Das Ziel einer spiroergometrischen Untersuchung ist es unter anderem die Leistungsfähigkeit eines Sportlers zu erfassen (MITLEHNER, 2002).
In der Sportmedizin hat sich als leistungsdiagnostisches Prüfverfahren das Prinzip der stufenförmig ansteigenden Belastung bewährt. Dabei wird die Leistungsfähigkeit des Herzkreislaufsystems, der Muskulatur und des Stoffwechsels auf unterschiedlichen submaximalen Belastungsstufen und bei individueller Ausbelastung beurteilt (LATSCH, 2007).
Zum spezifischen Test der Ausdauerleistungsfähigkeit werden vermehrt Stufentestprotokolle verwendet. Die bei der Sportart Laufen angewandte stufenförmige Belastung erfolgt überwiegend nach dem Zeitprinzip, wobei drei bis fünf Minuten pro Stufe bevorzugt werden. (NEUMANN/GOHLITZ, 1998). Bei konstanter Stufendauer wird hierbei die Belastungsintensität ausgehend von der Anfangsbelastung in schrittweisen Erhöhungen bis zur subjektiven Ausbelastung des Probanden durchgeführt. (RÖCKER et al., 1998).
Diese Mehrstufentests können nicht nur im Labor, sondern auch im Feld eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil der Stufentests ist die eindeutige Definition einer physikalischen Leistungsgröße, die eine Einstellung und Zuordnung der jeweiligen Referenzgröße auf der entsprechenden Belastungsstufe erlaubt. Ein Messwertverlauf über die Belastungsstufen wird häufig zu einer Kurve interpoliert. (RÖCKER et al., 1998).
3.2 Ausdauer
Ausdauer ist charakterisiert durch die Fähigkeit, eine gegebene Leistung über einen möglichst langen Zeitraum durchhalten zu können. Somit ist Ausdauer identisch mit Ermüdungs-Widerstandsfähigkeit (HOLLMANN/HETTINGER, 2000). Man unterscheidet weiter in lokale und allgemeine Ausdauer. Unter lokaler Ausdauer versteht man die Ausdauer einer Muskelgruppe, deren Anteil kleiner ist als [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] bis [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] der gesamten Skelettmuskulatur. Wird ein größerer Teil beansprucht (z.B. mehr als die Muskulatur eines Beines), so spricht man von allgemeiner Ausdauer. Dieser Grenzbereich ergibt sich aus der Tatsache, dass die Leistungsfähigkeit eines gesunden kardiopulmonalen Systems unterhalb eines solchen Grenzbereiches keinen maßgeblichen Einfluss mehr hat. Die Ausdauer lässt sich nach der Art der Energiebereitstellung (aerob und anaerob) sowie nach der Arbeitsform (dynamisch und statisch) weiter unterteilen:
Auf die Energiebereitstellung wird in Unterabschnitt 3.2.2 weiter eingegangen. Bei dynamischen Belastungen kommt es zu einem rhythmischen Wechsel zwischen Kontraktion und Erschlaffung der Muskulatur (de MAREES, 2002). Die statischen Belastungsformen beziehen sich auf Haltearbeit (WEINECK, 2004).
In Abhängigkeit von der Belastungszeit begrenzen verschiedene Faktoren die Leistung. Man unterscheidet zwischen:
- allgemeiner Kurzzeit-Ausdauer (3 – 10 Minuten)
- allgemeiner Mittelzeit-Ausdauer (10 – 30 Minuten)
- allgemeiner Langzeit-Ausdauer (>30 Minuten bis mehrere Stunden) (MADER et al., 1976).
Es gibt weitere Differenzierungen bei verschiedenen anderen Autoren, was hier jedoch nicht näher beschrieben werden soll.
Bei der konditionellen Fähigkeit Ausdauer gilt grundsätzlich: Ausdauer ist keine isoliert stehende Fähigkeit, es werden vielmehr bei Ausdauerleistungen auch die Fähigkeiten Kraft und Schnelligkeit beansprucht (ZINTL/EISENHUT, 2001).
Einfluss auf die sportliche Ausdauerleistungen haben die Motivation, der Funktionszustand verschiedener Organsysteme, vor allem der Herz- und Kreislauforgane, die Ökonomie des Stoffwechsels und die Bewegungsausführung (RÖTHIG/PROHL, 2003).
3.2.1 Atmungssystem
Die Lunge setzt sich aus den beiden Lungenflügeln zusammen, die sich im Brustkorb befinden. Die Luftröhre teilt sich in den rechten und linken Hauptbronchus. Diese Bronchien verzweigen sich immer weiter und bilden schließlich die Alveolen, die von einem dichten Kapillarnetz umspannt werden. In den Kapillargefäßen schließlich findet der Gasaustausch statt (APPELL/ROST, 2001). Unter Atmung wird der Verbrauch von Sauerstoff in lebenden Systemen unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser verstanden (ISRAEL, 1995a). Man unterscheidet die innere und die äußere Atmung. Der Begriff der inneren Atmung beschreibt die Oxidation der Nahrungsstoffe in der Zelle. Als eigentliche Ventilation wird die äußere Atmung bezeichnet. Darunter versteht man den Gaswechsel, den Transport von Sauerstoff in die Lungen hinein und im Gegenzug den Abtransport des aus dem Blut kommenden Kohlendioxides aus der Lunge. Der Sauerstoff wandert aus den Alveolen ins Blut und umgekehrt die Kohlensäure durch Diffusion in die Alveolen.
Dieser aktive Transport in der Lunge erfolgt durch unterschiedliche Druckverhältnisse. Zur Einatmung (Inspiration) muss der Druck in der Lunge niedriger sein als der Umgebungsdruck, was über die Aufweitung des Brustkorbes geschieht. Bei der Ausatmung (Exspiration) läuft der Vorgang genau umgekehrt ab. Der Luftdruck in der Lunge steigt an, bis er höher liegt als der Außendruck.
Zur Erweiterung des Brustkorbes bei der Atmung stehen zwei Mechanismen zur Verfügung. Bei der Zwerchfellatmung wird eine Abflachung des Zwerchfells erreicht
und somit der Hohlraum im Brustkorb vergrößert. Allgemein wird dieser Atmungstyp auch als Bauchatmung bezeichnet. Die zweite Möglichkeit besteht durch ein Anheben der Rippen, das Volumen des Brustkorbs zu erhöhen. Da hier der Brustkorb äußerlich angehoben wird, spricht man auch von Brustatmung. Wenn eine sehr hohe Atmung erforderlich ist, können zusätzlich sogenannte Atemhilfsmuskeln, die sonst andere Aufgaben haben, eingesetzt werden. Während die Einatmung aktiv erfolgt, geschieht die Ausatmung in Ruhe überwiegend passiv. Die angehobenen Rippen ziehen sich schwerkraftbedingt nach unten und werden durch die elastische Lunge wieder zusammengezogen. Die gedehnten Bauchmuskeln drücken sich in ihre Ausgangslage zurück und ziehen damit das Zwerchfell nach oben.
Bei den äußeren Atemwegen bestehen zwei Möglichkeiten des „Luftholens“, die Mund- die Nasenatmung. Beide Luftströme vereinigen sich im Rachenraum. Allerdings ist die Nasenpassage bei hohen Sauerstoffanforderungen zu eng und lässt dadurch keine größeren Atemvolumina zu. Bei hohem Sauerstoffbedarf, also intensiver Ventilation schaltet der Sportler automatisch von der Nasen- auf die Mundatmung um.
Die Steuerung der Atmung erfolgt über die im Rückenmark befindlichen ex- bzw. inspiratorischen Atemzentren. Die Regelung der Atemtätigkeit erfolgt aufgrund der Blutgaskonzentration. Ein Abfall des Sauerstoffdrucks bzw. ein Anstieg des Kohlendioxiddrucks aktiviert das inspiratorische Zentrum und hemmt das expiratorische und umgekehrt; es werden also die entsprechenden Muskeln aktiviert (APPELL/ROST, 2001).
3.2.2 Energiestoffwechsel
Jede Form von Arbeit setzt Energiefreisetzung voraus. Das geschieht durch chemische Reaktionen (HOLLMANN/HETTINGER, 2000). Die Muskeltätigkeit erfordert die ständige Umwandlung chemischer Energie in mechanische Arbeit. Der Muskel hat Energievorräte in Form von Adenosintriphosphat (ATP), Kreatinphosphat (KP), Glycogen und Triglyceriden. (ENGELHARDT/NEUMANN, 1994).
Da der intrazelluläre ATP-Vorrat aber sehr begrenzt ist, bedient sich die Muskelfaser auf drei verschiedenen Wegen der ATP-Resynthese: die anaerob-alaktazid, die anaerob-laktazid und die aerobe Resynthese (GRAF et al., 2001). Man unterscheidet also die anaerobe oder anoxydative und die aerobe oder oxdative Energiegewinnung, wobei die anaerobe sich ohne Sauerstoff und die aerobe sich mit Sauerstoff vollzieht.
Am Beginn jeder sportlichen Belastung, bei der der Energiebedarf nicht ausreichend oxydativ abgedeckt werden kann, ist der Muskel gezwungen, die notwendige Energie z. T. auf anaerobem Wege zu gewinnen. Erste energieliefernde Reaktion ist die Spaltung von ATP. Die dabei entstehenden Zerfallsprodukte Adenosindiphosphat (ADP) und Phosphat (P) stimulieren die Atmung und sorgen für eine hochgradige Aktivierung der für den Muskelstoffwechsel verantwortlichen Funktionssysteme (WEINECK, 2004). ATP stellt die einzige Energieform dar, welche die Zelle direkt benutzen kann (HOLLMANN/HETTINGER, 2000).
Um weitere Muskelarbeit zu ermöglichen, wird das ATP mit extrem hoher Geschwindigkeit durch den zellulären Kreatinphosphatspeicher wieder aufgefüllt. Diese sofortige Resynthese ermöglicht eine Gesamtarbeitszeit durch die energiereichen Phosphate ATP und KP für maximal sieben bis acht Sekunden. Diese Energiebereitstellung wird auch als alaktazid bezeichnet, da sie noch ohne nennenswerte Milchsäure (Laktat)-Bildung vor sich geht. Die laktazide Phase umfasst die (anaerobe) Glykolyse, wenn die Sauerstoffversorgung bei der Belastung unzureichend ist. Das Maximum der Glykolyse liegt etwa bei 45 Sekunden, wobei nur Glukose bzw. Glykogen als Energielieferant herangezogen wird. Energetisch ist dabei das intrazelluläre Glykogen günstiger, da es nicht herantransportiert werden muss und mehr ATP ergibt (WEINECK, 2004). Die laktazide Kapazität ist im wesentlichen limitiert durch die maximale Azidose, also dem Zustand der Übersäuerung (HECK/SCHULZ, 2002).
Im Zusammenhang mit der anaeroben Energiegewinnung ist auf den Begriff der Sauerstoffschuld einzugehen. Wie bereits erwähnt, ist zu Beginn einer Belastung Sauerstoff in unzureichendem Maße verfügbar. Der Organismus arbeitet solange anaerob, bis entweder die Arbeit abgebrochen oder die Arbeitsintensität so weit gemindert werden muss, dass eine ökonomische oxydative Substratverbrennung möglich ist. Er geht somit eine Sauerstoffschuld ein, die nach Beendigung der Arbeit wieder abgetragen werden muss. Nach Arbeitsabbruch stellt die Rephosphorylierung von Kreatin zu Kreatinphosphat die Hauptkomponente bei der Beseitigung der Sauerstoffschuld dar (WEINECK, 2004). Man rechnet, dass die Mechansimen der Energiebereitstellung sich erst nach zwei bis vier Minuten auf eine erhöhte Anforderung eingestellt haben. Zu Beginn einer Belastung liegt also grundsätzlich ein Sauerstoffdefizit vor. Im Wesentlichen setzt sich die Sauerstoffschuld zusammen aus dem Sauerstoffdefizit und dem Sauerstoffbedarf bei der Auffüllung leerer Energiespeicher und zur Beseitigung von Abfallprodukten des Stoffwechsels. Die Beseitigung der Sauerstoffschuld kann bis zu einer Stunde nach Belastungsende andauern. Am schnellsten ist nach zwei bis fünf Minuten eine alaktazide Sauerstoffschuld abgearbeitet. Die Überwindung der laktaziden Sauerstoffschuld zur Beseitigung des überschüssigen Laktats nimmt die gesamte Zeit in Anspruch, die zur Aufarbeitung der Sauerstoffschuld benötigt wird (PETERS, 1998). Eine graphische Darstellung erfolgt in der nachfolgenden Abbildung 1.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Darstellung der Sauerstoffschuld und des Sauerstoffdefizits (http://www.kliniken.de)
Bei einer Belastungsdauer, die über eine Minute hinausgeht, nimmt die aerobe Energiegewinnung eine zunehmend dominierende Rolle ein. Der Muskel ist nur über einen sehr kurzen Zeitraum in der Lage, anoxydativ Kontraktionsarbeit zu leisten. Da der Organismus nur geringe Mengen Sauerstoff speichern kann, ist für die oxydative Energiebereitstellung eine fortwährend ausreichende Sauerstoffzufuhr unerlässlich (KEUL et al., 1969).
Die aerobe Energiebereitstellung läuft verhältnismäßig langsam, dafür aber lange. Dies gilt insbesondere für die ATP-Bildung aus den nahezu unbegrenzten Fettsäuren (GRAF et al., 2001).
Der Abbau von Glykogen bzw. Glukose und Fetten, unter Beteiligung von Sauerstoff, erfolgt in einer Vielzahl von Schritten. Die dabei entstandenen, nicht weiter brauchbaren Endprodukte Kohlendioxid und Wasser werden vom Körper ausgeschieden, wobei das Oxydationswasser z.B. über Urin oder Schweiß, Kohlendioxid über die Ausatmung abgegeben werden. Diese Form der Energiegewinnung nennt man aerobe Energiebereitstellung.
Bei einer Belastungsintensität mit aerober Energiebereitstellung liegt ein Sauerstoff- steady-state vor, Sauerstoffaufnahme und Sauerstoffverbrauch sind also im Gleichgewicht. Da sich das Atmungs- und Herz-Kreislauf-System erst an die gegebene Belastung anpassen muss, erfolgt der Anstieg der Sauerstoffaufnahme zeitlich verzögert. (ZINTL/EISENHUT, 2001).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die primäre Energiequelle ATP nacheinander durch das KP, die (anaerobe) Glykolyse und die aerobe Energiegewinnung bereitgestellt wird. Bei einsetzender körperlicher Belastung reagieren die verschiedenen Mechanismen unterschiedlich träge auf die geänderte Situation. Unmittelbar stehen die Vorräte an ATP zur Verfügung. Diese sind schnell verbraucht und werden ersetzt durch die Vorräte an Kreatinphosphat; daran schließt sich die anerob-laktazide Energieproduktion an – erst dann kommt die aerobe Form der Energiebereitstellung in Schwung, wobei der Kohlenhydratstoffwechsel schneller anläuft als der Fettstoffwechsel. Bei zunehmender Belastungsdauer jedoch gewinnt der Abbau von Fetten mehr und mehr an Bedeutung (PETERS, 1998).
3.2.3 Herz-Kreislauf-System
Das Herzkreislaufsystem stellt einen Hilfsmechanismus dar, der die Bedürfnisse des Zellstoffwechsels zu erfüllen hat. Die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen Sauerstoffbedarf der Muskelzelle und Sauerstoffangebot ist dabei an folgendes System gebunden:
- Gasaustausch in der Lunge
- Herz als Förderpumpe
- Sauerstofftransportfunktion des Blutes
- Kapillarbett (Austauschkapazität).
Am Ende dieses Funktionssystems steht als Stimulus für die „Zubringersysteme“ die Muskelzelle (WEINECK, 2004).
Das Zirkulieren des Blutes in den Gefäßen des Kreislaufsystems ist ein unabdingbarer fortlaufender Prozess. In den Kreislauf sind sämtliche Organsysteme eingebaut, die einerseits mit Sauerstoff und Energieträgern versorgt werden sollen, andererseits aber auch Kohlendioxid und Abfallprodukte abgeben. So wird in den Lungen Sauerstoff in das Blut aufgenommen und Kohlendioxid herausgeschleust. Prinzipiell gliedert sich das Kreislaufsystem in drei Funktionsbereiche: In den Kapillargebieten der Peripherie (arbeitende Muskulatur) erfolgt der Stoffaustausch. Das Herz befindet sich im Zentrum und ermöglicht durch seine Pumpleistung den Blutfluss. Die Verbindung dieser beiden Bereiche stellen die zu- und abführenden Arterien und Venen dar (APPELL et al., 2001).
Während unter Ruhebedingungen ein Anteil von etwa 20 Prozent des Blutes durch die Muskulatur strömt, werden bei hohen Anforderungen an große Muskelpartien bis zu 85 Prozent durch die Arbeitsmuskulatur geleitet. Gleichzeitig wird der Blutstrom durch nicht belastete Gewebe, wie zum Beispiel die Gefäßgebiete von Magen, Darm, Leber u.a. gedrosselt. Eine anforderungsgemäße Gefäßerweiterung in der Muskulatur wird andernorts grundsätzlich von einer kompensatorischen Gefäßverengung begleitet. Auf diese Weise findet eine Umverteilung des Blutes entsprechend den Erfordernissen statt. Die Stärke des Blutstroms wird bei der belastungsbedingten Umstellung so reguliert, dass möglichst optimale Austauschvorgänge stattfinden können. Dieses Anpassungsphänomen des Kreislaufs dient also der Steigerung der Reserven hinsichtlich der Gefäßerweiterung und damit der Transportkapazität (ISRAEL, 1995b).
3.3 Untersuchungsparameter
Die Spiroergometrie ist ein bewährtes sportmedizinisches Untersuchungsverfahren zur Prüfung der körperlichen und sportlichen Leistungsfähigkeit. Die Funktions- und Leistungsprüfung beruht auf der Atemgasanalyse und stufenförmig ansteigenden Ergometerbelastungen (ENGELHARDT, NEUMANN, 1994).
In diesem Kapitel werden die Beurteilungskriterien der Leistungsfähigkeit theoretisch dargestellt und erörtert. Diese benötigten leistungsdiagnostischen Kenngrößen sind maßgeblich für die Untersuchung. Zu diesen Messwerten gehören die Sauerstoffaufnahme und die Herzfrequenz auf verschiedenen Belastungsstufen.
3.3.1 Sauerstoffaufnahme
Hohe sportliche Leistungen erfordern eine hohe Sauerstoffaufnahme [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten], um den Organismus ausreichend mit [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] zu versorgen. Die Ausdauerleistung ist davon abhängig, wie viel Sauerstoff den arbeitenden Muskeln im Moment der Belastung zugeführt werden kann (PICKENHAIN et al, 1993).
Dabei ist die direkte Bestimmung der Sauerstoffaufnahme ein wesentlicher Bestandteil der spiroergometrischen Untersuchung. Die [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] gilt als summative Größe für die [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -aufnehmenden, [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -transportierenden und [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -verwertenden Funktionssysteme des Organismus (NEUMANN/SCHÜLER, 1994). Dies bedeutet, dass die Sauerstoffaufnahme ein globales Maß für den [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -Transport und die Funktion von Lunge, Herz, Kreiskauf und Peripherie darstellt (LÖLLGEN, 2005). Die höchste Sauerstofftransportleistung und muskuläre Aufnahme wird als maximale Sauerstoffaufnahme bezeichnet (NEUMANN/SCHÜLER, 1994).
Bei körperlicher Belastung besteht eine lineare Korrelation zwischen Leistung und Sauerstoffverbrauch bzw. zwischen Herzzeitvolumen und Sauerstoffverbrauch. Zu Beginn einer Belastung steigt bei geringer Intensität die Sauerstoffaufnahme exponentiell an. Ein Gleichgewicht (steady-state) wird nach 1-2 Minuten erreicht, bei höheren Belastungsintensitäten wird ein echtes steady-state nicht mehr erlangt. Entsprechend diesen exponentiellen Verläufen entsteht am Anfang einer sportlichen Anstrengung ein Sauerstoffdefizit. Die [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ist im Vergleich zur geforderten Leistung vermindert und kann somit den Bedarf an Sauerstoff im Organismus zunächst nicht decken. In der Erholungsphase ist die Sauerstoffaufnahme hingegen noch über längere Zeit erhöht. Dieser Zustand wird als Sauerstoffschuld bezeichnet (LÖLLGEN, 2005).
Unter dem Begriff der maximalen Sauerstoffaufnahme versteht man, die größte [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] - Aufnahmemenge pro Minute, die bei dynamischer Arbeit unter Einsatz möglichst großer Muskelgruppen durch den gesamten Körper aufgenommen werden kann (HOLLMANN et al., 2006a). Die maximale Sauerstoffaufnahme ist das zuverlässigste Bruttokriterium der maximalen Leistungsfähigkeit von Herz-Kreislauf-System, Atmung und Stoffwechsel (RÖTHIG/PROHL, 2003). Dazu gehören die äußere Atmung, der Gasaustausch in der Lunge, das Herzzeitvolumen (HZV), der Sauerstofftransport im Blut, die belastungsgerechte Verteilung des HZV sowie die [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -Aufnahme in die arbeitende Muskulatur. Einige dieser Teilbereiche sind durch Training veränderbar, wie z.B. das HZV und die metabolische Leistung der Muskulatur, andere sind nicht oder kaum trainierbar, wie beispielsweise der Gasaustausch (MEYER/KINDERMANN, 1999).
Die [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] max ist ein Kriterium zur Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit. Eine Zunahme der Sauerstoffaufnahme bedeutet, dass die oben genannten Funktionssysteme ihre Kapazität vergrößert haben. Demnach liegt einer erhöhten [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] max ein Anstieg des funktionellen Fassungsvermögens der Lungen, des Transportvolumens von Herz-Kreislauf-System und Blut sowie der aeroben Leistungsfähigkeit der Arbeitsmuskulatur zugrunde (PICKENHAIN et al, 1993). Da die Ausdauerleistungsfähigkeit an die Größe der Sauerstoffmenge gebunden ist, die pro Zeiteinheit dem Körper über Atmung, Herz und Kreislauf zugeführt werden kann, findet der Sauerstofftransport unter körperlicher Arbeit besonderes Interesse. Durch höchste körperliche Belastung der zu untersuchenden Person wird die maximale Sauerstoffaufnahme pro Zeiteinheit ermittelt und als objektives Kriterium der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit herangezogen (HOLLMANN/ HETTINGER, 2000).
Um die höchsten Werte der Sauerstoffaufnahme zu erzielen, ist der dynamische Einsatz möglichst großer Muskelmassen erforderlich. Hierfür ist die Sportart Laufen besonders gut geeignet, da besonders viele Muskeln in den Bewegungsablauf innerviert sind.
Die korrekte ergometrische Bestimmung der [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] max setzt eine hohe Ausbelastung voraus, die anhand der nachfolgenden beschriebenen Kriterien beurteilt wird. Die Sauerstoffaufnahme ist beim Ergometertest mit alleiniger Geschwindigkeitssteigerung weitgehend linear. Es findet sich ein hochsignifikanter Zusammenhang zwischen der Laufgeschwindigkeit und der Sauerstoffaufnahme (EISELE et al., 1996). Kann trotz einer zunehmenden Belastung kein adäquater Anstieg der Sauerstoffaufnahme festgestellt werden, bezeichnet man dieses Phänomen als leveling-off. Das stellt ein Kriterium der Höchstbelastung dar und ist ein Zeichen für das Erreichen der [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] max (HECK, 1990). Allerdings wird dieses leveling-off nur von ca. 50% der Personen erzielt und genügt somit nicht als einziges Kriterium für die maximale Sauerstoffaufnahme. Die Ursache hierfür kann entweder der Einsatz einer zu geringen Muskelmasse sein oder die Art des Untersuchungsprotokolls (HOLLMANN et al., 2006a).
Wichtig ist zu wissen, welche Werte erreicht werden müssen, falls kein leveling-off eintritt, um eine [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] max zu erkennen. Hierfür werden die unten aufgeführten Formeln verwendet, um diese Soll-Werte zu erhalten. Die Berechnung berücksichtigt die Körpergröße (KH in cm), das Gewicht ( Waktuell in kg) und das Alter (in Jahren). Der Algorithmus funktioniert dann wie folgt:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Der absolute Wert der maximalen Sauerstoffaufnahme wird in Litern oder Millilitern pro Minute angegeben, jedoch wird auch in Bezug auf die Körpermasse die relative maximale [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -Aufnahmefähigkeit bestimmt (MEYER/KINDERMANN, 1999). Dies ist allerdings nur dann notwenig, wenn man Vergleiche zwischen verschiedenen Probanden ziehen möchte. Daher sind für diese Untersuchung nur die absoluten Werte von Bedeutung, weil die Laufleistung jeder Person im Freien ausschließlich mit den zugehörigen gemessenen Laborwerten verglichen werden.
Ein weiteres Kriterium zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme ist beispielsweise die Überschreitung einer Herzfrequenz von 190 Schlägen pro Minute bei Männern des 3. Lebensjahrzehnts (HOLLMANN et al., 2006a).
Die Höchstwerte der maximalen [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -Aufnahme werden bei Männern im Alter von 19 Jahren erreicht. Im Wesentlichen verändert sich dieser Wert bis zum 35. Lebensjahr nicht. Danach nimmt der Wert altersbedingt ab (HOLLMANN et al., 2006a).
3.3.2 Herzfrequenz
Die Herzfrequenz ist die Anzahl der Herzschläge pro Minute. Aufgrund ihrer einfachen Messbarkeit, ihrer engen Korrelation zur Stoffwechselintensität und ihrer im submaximalen Bereich linearen Beziehung zur Belastungsintensität ist die Herzfrequenz eine bevorzugte Messgröße (BRAUER, 1996). Die maximale Herzfrequenz wird kurz vor der maximalen Sauerstoffaufnahme erreicht, wobei der Durchschnittsmann des 3. Lebensjahrzehnts 195/min als Maximalwerte erreichen kann (HOLLMANN et al., 2006a). Im Allgemeinen lässt sich die Herzfrequenz durch folgende Formel berechnen: max. HF (1/min) = 220 – Alter (Jahren) (HECK, (1990). Rost und Hollmann geben eine untere Ausbelastungsgrenze an. Damit ergibt sich die Formel für die untere Grenze: untere maximale Hf = 210 – Alter (Jahre) (de MAREES, 2002). Überschreiten die gemessenen Herzschlagzahlen einer erbrachten Leistung diese Werte, so kann eine Maximalleistung angenommen werden (MELLEROWICZ, 1979).
Die maximale Leistung des Herzens wird im Zustand der (intensiven) Ausbelastung nach einer bestimmten Mindestbelastungsdauer erreicht, wobei die Ausbelastung durch den Einsatz massiger Muskelpartien des Körpers herbeigeführt werden muss (ISRAEL, 1995b).
Bei maximalen körperlichen Leistungen werden maximale Herzschlagzahlen erreicht. Sie hängen ab von Alter, Geschlecht, konstitutionellen Faktoren und Umwelteinflüssen, weniger von der Dauer der Leistung. Die Kenntnis der Maximalbereiche der Herzschlagfrequenz ist eine wichtige Voraussetzung für die Bestimmung einer ergometrischen Maximalleistung (MELLEROWICZ, 1979). Bei höheren Belastungen kommt es teilweise zur Abflachung des Hf-Anstieges. (NEUMANN/SCHÜLER, 1994). Dieses leveling-off der Hf wird als objektives Kriterium der Ausbelastung angesehen (STEINACKER et al., 2002).
Die Herzfrequenz zeigt beim Laufbandtest mit alleiniger Geschwindigkeitssteigerung einen weitgehend linear wachsenden Verlauf (SCHMIDT et al., 1995). Deshalb ist ihre Messung, die sich einfach, zuverlässig und ohne großen apparativen Aufwand ausführen lässt, von großer praktischer Bedeutung und geradezu die Basismethode bei ergometrischen Untersuchungen.
Maximale Herzschlagfrequenzen, die bei erschöpfenden Dauerleistungen erreicht werden, können nur sehr kurze Zeit durchgehalten werden. Nach der Leistung erfolgt nach wenigen Sekunden ein steiler, dann langsam werdender Abfall der Pulsfrequenz. Die Dauer bis zur Rückkehr zur Ruhefrequenz stehen beim gleichen Individuum in annähernd proportionalen Beziehungen zu Größe und Dauer der Belastung. Die Erholungsdauer kann wenige Sekunden bis zu Stunden nach extremen Dauerbeanspruchungen betragen. Der Rückgang der Pulsfrequenz erfolgt oft unregelmäßig und kann starke Schwankungen aufweisen. Er ist von zahlreichen endogenen und exogenen Faktoren abhängig (MELLEROWICZ, 1979).
3.4 Abgeleitete Parameter
Die im folgenden Abschnitt beschriebenen abgeleiteten Werte sind alle abhängig von den im vorhergehenden Unterpunkt aufgeführten Parametern. Sie dienen als Kriterium zur objektiven Ausbelastung eines Probanden, sind aber für sich gestellt nicht relevant für die Untersuchung. Dennoch sind sie unabdingbar, denn durch die Bestimmung von Sauerstoffpuls, Atemäquivalent, respiratorischem Quotient und Atemminutenvolumen lässt sich kontrollieren, ob die Testperson die Belastungsgrenze erreicht hat.
3.4.1 Atemäquivalent
Das Atemäquivalent wird beschrieben durch das Verhältnis des Atemminutenvolumens zur Sauerstoffaufnahme:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Das Atemäquivalent gibt an, wie viel Luft ventiliert werden muss, um einen Liter Sauerstoff aufzunehmen. Durch diesen dimensionslosen Quotienten wird die Atmungsökonomie beschrieben. Bei einer Belastung mit 60% der maximalen Sauerstoffaufnahme ist, im Gegensatz zu dem Atemäquivalent in Ruhe, zunächst ein Absinken des Quotienten festzustellen. Unter diesen Voraussetzungen fällt bei Trainierten der Wert bis auf ein Minimum ab, bevor er nach anschließender Belastung wieder auf die Ausgangswerte ansteigt. Wird ein Maximum an [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] - Aufnahme mit einem relativen Minimum an Atemminutenvolumen erreicht, läuft hier die Atmung besonders ökonomisch ab. (de MAREES, 2002). Beim Absinken des Atemäquivalents auf einen minimalen Wert wird dieser von Hollmann als Punkt des optimalen Wirkungsgrades der Atmung bezeichnet. Im Grenzbereich körperlicher Leistungsfähigkeit liegen allgemein die Werte bei untrainierten Personen im Bereich unter 35, während die Werte bei Trainierten sich im Bereich um 25 befinden. An den niedrigeren Werten bei trainierten Personen sieht man, dass die Ventilation eine größere Kapazität und verbesserte Ökonomisierung erreicht. In der Erholungsphase, aber ganz besonders nach maximalen anaeroben Belastungen, verschlechtert sich die Ökonomie wieder (BRAUER, 1996).
3.4.2 Sauerstoffpuls
Über den Einsatz spiroergometrischer Untersuchungen wird eine Einschätzung der Größe des Sauerstoffpulses bei submaximalen und maximalen Belastungen ermöglicht. Durch diesen Quotienten aus Sauerstoffaufnahme und Herzfrequenz lassen sich Rückschlüsse bezüglich der kardiopulmonalen Leistungsreserve bzw. der Grenze der Leistungsfähigkeit ziehen. Wenn sich der Sauerstoffpuls bei ansteigender Belastung nicht weiter erhöht, ist dies die Folge des Erreichens der maximalen Sauerstoffaufnahme (HOLLMANN et al., 2006a). Die Formel für den Sauerstoffpuls lautet:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Der Quotient ist ein Maß für die Sauerstoffmenge, welche pro Herzschlag transportiert wird (BADTKE, 1995). Je größer der Wert auf submaximalen Belastungsstufen ist, desto ökonomischer arbeitet das Herz-Kreislauf-System und umso größer ist die noch vorhandene Leistungsreserve (HOLLMANN et al., 2006a) Seine Bestimmung setzt die synchrone Messung von [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -Aufnahme und Herzfrequenz voraus (PICKENHAIN et al., 1993). Dies ist mit Hilfe des in der Untersuchung eingesetzten Spiroergometersystems möglich.
Mit Hilfe dieses Quotienten können Ökonomie und Leistungsreserve des kardio- zirkulatorischen Systems eingeschätzt werden. Je höher diese Werte sind, desto effektiver ist die jeweilige Testperson kardial trainiert. Der Sportler kann durch sportliches Training seinen maximalen Puls nicht verbessern, sehr wohl aber die Sauerstoffaufnahme pro Pulsschlag (BUSKIES et al., 1997).
Der maximale Sauerstoffpuls kann bei gleicher maximaler Sauerstoffaufnahme erheblich differieren. Er ist damit ein weniger verlässliches Maß für die Ausdauer als die maximale Sauerstoffaufnahme (de MAREES, 2002).
3.4.3 Respiratorischer Quotient
Der respiratorische Quotient ist ein Parameter, der während der körperlichen Belastung valide Aussagen über den Grad der Ausbelastung sowie die momentane Stoffwechselsituation der Arbeitsmuskulatur erlaubt (MEYER, 2003). Er ist eine dimensionslose Größe und gibt an, wie viel Kohlendioxid pro l/min aufgenommenen Sauerstoffs abgeatmet wurde: (HECK, 1990)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Dieser Quotient ist besonders dadurch charakterisiert, dass sich durch ihn die verschiedenen Stoffwechselvorgänge im Körper während der Belastung beurteilen lassen. Bei gemischter Ernährungsweise liegt der RQ in Ruhe zwischen 0,8 und 0,9. Dieser Bereich sollte auch als Ausgangswert vor der Ergometrie zur Messung der Umsatzbedingungen in Ruhe gewährleistet werden (AIGNER, 1986). Bei der alleinigen Verbrennung von Fetten ergeben sich Werte von 0,70, bei der Proteinverbrennung liegt der RQ bei 0,81 und bei ausschließlicher Verbrennung von Kohlenhydraten, wie zum Beispiel Glucose, erreicht er einen Wert von 1,00. Mit einer Belastungssteigerung vergrößert sich die C[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -Ausscheidung und der respiratorische Quotient nimmt folglich zu. Bei langandauernden Belastungen bei mittlerer Intensität reduziert sich der RQ aufgrund der stetig ansteigenden Fettverbrennung. Je größer also die aerobe Leistungsfähigkeit ist, desto geringer fällt im Allgemeinen der maximal erreichbare RQ aus (HOLLMANN et al., 2006a). Bei instabilen Bedingungen (non-steady state) und hohen Belastungsintensitäten übersteigt die C[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]-Produktion die [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -Aufnahme, so dass die Werte über 1 ansteigen können (AIGNER, 1986).
Um bei spiroergometrischen Untersuchungen bestimmte Stoffwechselsituationen zu erfassen, die durch den RQ wiedergespiegelt werden, muss die Dauer der Belastung gleichbleibend oder über 30 min andauern. Auch längere Stufentests erfüllen diese Anforderungen (NEUMANN/SCHÜLER, 1994). Aufgrund dieser Tatsache ist der respiratorische Quotient bei der Untersuchung als Nebenparameter zu sehen, weil die 30 Minutengrenze nicht erreicht wird.
Eine erhebliche Fehlerquelle bei der Bestimmung des respiratorischen Quotienten stellt die Hyperventilation dar. Diese kann bereits durch das Anlegen der Atemmaske des Spirometriegeräts auf emotionalem Weg hervorgerufen werden. Bei einer Hyperventilation wird vermehrt Kohlendioxid abgeatmet, welches nicht aus dem oxidativen Stoffwechsel entstammt, sondern direkt aus Gewebe und Blut entnommen wird. Da Sauerstoff nicht im Gewebe gespeichert werden kann, ändert sich der [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] - Gehalt im Körper nicht. Dadurch kommt es zu einem vergrößerten RQ, was zu einem zu hoch bestimmten Energieumsatz führt (de MAREES, 2002). Mit Belastungsbeginn sollte daher so lange gewartet werden, bis der respiratorische Quotient einen Wert unterhalb von 0,9 angenommen hat (AIGNER, 1986).
Im Hungerzustand werden Werte unter 0,7 gemessen. Hier werden Fette in Kohlenhydrate umgewandelt. Dazu ist Sauerstoff zusätzlich notwendig, da Fettmoleküle weniger Sauerstoff enthalten als Kohlenhydratmoleküle. Somit verringert sich der RQ, weil die Sauerstoffaufnahme steigert, was einem Anstieg des Nenners entspricht. Daher müssen die Probanden eine nahrhafte Mahlzeit zu sich genommen haben, um einen Hungerzustand zu verhindern.
Bei einer sogenannten Kohlenhydratmast steigt der RQ-Wert über 1 an. Dies ist die gegenteilige Situation zum Hungerzustand. Hier werden sauerstoffreiche Kohlenhydratmoleküle in sauerstoffarme Fettmoleküle überführt, wobei Sauerstoff frei wird, so dass weniger Sauerstoff aufgenommen werden muss, was einen kleiner werdenden Nenner zur Folge hat. Allerdings ist der Eiweißanteil in der Nahrung des Mitteleuropäers bei 15% relativ konstant. Eine Veränderung des Anteils von ± 5%, bringt nur einen Fehler bei der Bestimmung des Energieumsatzes von ± 0,4% (de MAREES, 2002). Somit ist bei einer über- bzw. unterdurchschnittlichen Kohlenhydrataufnahme der Probanden eine Auswirkung auf den respiratorischen Quotienten zu vernachlässigen.
3.4.4 Atemminutenvolumen
Das Produkt aus Atemfrequenz und Atemtiefe pro Minute wird als Atemminutenvolumen bezeichnet (RÖTHIG/PROHL, 2003). Unter körperlicher Arbeit wird zunächst das Atemzugvolumen gesteigert, bis wenige Sekunden später auch die Atemfrequenz ansteigt. Im Bereich der größten körperlichen Leistungsfähigkeit geht die Atemtiefe wieder zurück, zugunsten einer nochmaligen Zunahme der Atemfrequenz (HOLLMANN et al., 2006a). Bei dieser Hyperventilation steigt die Atmung steiler an als die Sauerstoffaufnahme, die Atmungsökonomie nimmt ab (NEUMANN/SCHÜLER, 1994).
Das Atemminutenvolumen stellt eine der Basismessgrößen für die Spiroergometrie dar. Ein Vorteil dieses Parameters liegt in der Möglichkeit, eine differenzierte Beurteilung ergometrischer Befunde zu erlangen. In Bezug zu anderen Kenngrößen, wie das des Atemäquivalents, erhält man wertvolle Informationen zur Feststellung der Leistungsfähigkeit und der pulmonalen Funktion (LÖLLGEN, 2005).
3.5 Testverfahren
Unter einem Test versteht man ein wissenschaftlich begründetes Verfahren zur Untersuchung von Persönlichkeitsmerkmalen mit dem Ziel, eine möglichst quantitative Aussage über die Ausprägung des Merkmals zu erhalten (HECK/SCHULZ, 1998). Im anschließenden Kapitel werden die Belastungsverfahren im Feld und Labor beschrieben.
Grundsätzlich können Feld- und Labortests mit der gleichen Fragestellung durchgeführt werden (DICKHUTH, 2000).
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- Quote paper
- Thomas Dörr (Author), 2008, Körperliches Beanspruchungsprofil beim Laufen im Freien und auf dem Laufband im Vergleich, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/171661
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